我们都知道,如今中国漫长海岸线上,成片的海上风机拔地而起,成了近海一道新的白色景观,大家都夸这是造福未来的绿色能源。可很少有人知道,这片正在长大的“海上森林”,居然给守护航行安全的岸基雷达捅了大篓子。国内最新研究就放出了实打实的测算数据,这个问题比很多人预想的要棘手得多。
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这项研究由青岛理工大学研究团队和交通运输部北海航海保障中心烟台通信中心合作完成,上个月在线发表在国内同行评审期刊《无线电工程》,香港《南华早报》也对这项成果进行了报道。
研究人员拿风电场附近的岸基雷达做测算,专门分析风机阵列对雷达探测的影响,得到的结果相当直观。距离雷达5公里的范围内,受风电场影响,雷达的有效覆盖面积下降了6.9%,盲区反而增加了14.9%。
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别小看这十几个百分点的变化,近海本来船舶就密集,一小块看不见的盲区里,说不定就藏着一艘正在转向的货轮,或是一艘需要救援的渔船。哪怕只有一点点盲区,都可能给海上航行埋下了不小的安全隐患。
比盲区更让人头大的,就是凭空冒出来的“幽灵”目标。大规模风机阵列会反射雷达信号,最后就会生成根本不存在的虚假目标,直接干扰雷达对真实船舶的探测。
你想想,原本雷达屏幕上只有几艘正常航行的船,突然平白无故多出来好几个光点。值班人员一边要费劲分辨哪个是真船哪个是“鬼影”,一边还要担心真船被藏进了盲区,工作难度直接拉满。
要搞懂为啥会出这事,得先明白雷达的工作逻辑。雷达向外发射电磁波,碰到物体后电磁波反射回来,雷达就靠这个判断目标的位置和运动状态。现代海上风机动辄高达上百米,塔筒和机舱都是体积庞大的金属结构,对雷达来说就是极强的反射体。
它们挡在雷达和远处海面之间,就像一排排密不透风的高墙,在身后投下了电磁波的“阴影”,雷达盲区就是这么来的。
旋转的叶片带来了另一种干扰,这也是风机和灯塔、桥梁这些固定建筑不一样的地方。叶片尖端的线速度很快,会让反射回来的信号产生多普勒频移,在雷达看来,这就是一个正在移动的目标。
电磁波还可能在风机之间、风机与海面之间多次反弹,绕了远路才返回雷达。雷达会默认这些信号来自另一个位置的物体,“幽灵”目标也就这么诞生了。
风机数量越多、排列越密集,各种干扰效应叠加起来就越复杂,很难靠简单的信号处理直接剔除干扰。而且风向变化的时候,风机会跟着调整朝向,叶片转速也在不停改变,干扰的模式随时都在变,雷达根本做不到一劳永逸过滤掉这些干扰。
这个研究出台的背景,刚好就是中国海上风电的迅猛扩张。海上风资源稳定风速高,还不占用陆地空间,妥妥是能源转型的香饽饽。中国现在已经是全球海上风电装机规模最大的国家,山东、江苏、广东、福建这些沿海省份,都在大规模布局海上风电项目。
研究团队所在的山东半岛,本身就是国内海上风电开发的热点区域之一。这些大力发展风电的海域,刚好也是全球最繁忙的航运通道之一。青岛港等大型港口吞吐量稳居世界前列,每天都有大量商船、渔船在附近海域穿梭往来。
岸基雷达就是船舶交通管理系统的“眼睛”,一旦视野被削弱,碰撞、搁浅这类事故的风险就会往上走,搜救行动的效率也会受到不小的影响。
碰到夜间、雾天这类能见度很差的情况,船舶和岸上管理人员会更加依赖雷达,雷达图像可靠不可靠,直接关系到海上的生命财产安全,半分都含糊不得。
风电和雷达的冲突,并不是中国独有的问题。欧美国家发展陆上和海上风电的过程中,也长期碰到风机干扰航空雷达、气象雷达和军用雷达的问题,为此也开展了大量研究和技术攻关。
从各国攒下的经验看,缓解这个问题的思路有不少。有人说可以在规划阶段就给风电场选址做雷达影响评估,不合适的位置就直接换掉。也有人说可以在盲区附近增设补盲雷达,补上看不见的区域。
还有人说可以升级雷达的信号处理算法,识别过滤掉风机的回波,或是融合船舶自动识别系统的信息交叉验证目标,真假一下子就能分清楚。
这次国内研究的价值,就是把问题用实打实的量化数据摆到了台面上。过去大家对风电场影响雷达的判断,大多停留在定性层面,没有具体的指标可以对比评估。
有了这些具体的数字,海事部门和风电开发商就能在项目规划阶段更精准地评估影响,不用等所有风机都建完了再亡羊补牢,能省下不少冤枉钱。
在双碳目标的驱动下,未来海上风电还会保持高速发展。让风机和雷达和平共处,发展清洁能源也不牺牲航行安全,是摆在规划者面前必须解决的问题。
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从长远来看,把雷达影响评估纳入风电项目审批的常规流程,推动风电、海事、气象等部门提前协同规划,大概率比事后补救更经济有效。毕竟海面上每一座风机都该是绿色发展的标志,不该变成雷达屏幕上散不开的迷雾。
参考资料:中国交通报 海上风电场干扰岸基雷达研究获新进展
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