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在中国漫长的海岸线外,一座座白色风机正拔地而起,巨大的叶片昼夜转动,把海风变成源源不断的绿色电力。
这片正在崛起的“海上森林”,也给另一项关乎航行安全的系统带来了意想不到的麻烦。
这个系统,就是守护近海航行安全的岸基雷达。
一项最新研究发现,海上风电场会削弱岸基雷达的覆盖能力,制造出目标难以被发现的盲区,甚至凭空“变”出并不存在的“幽灵”目标。
研究人员的测算结果相当直观。他们以风电场附近的岸基雷达为对象,分析了风机阵列对雷达探测的影响。
在距离雷达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%,而盲区则增加了14.9%。
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对于负责监控船舶动态的岸基雷达来说,这意味着一部分海面变成了“看不清”甚至“看不见”的区域。
别小看这十几个百分点。在船舶密集的近岸水域,一片盲区里可能恰好有一艘正在转向的货轮,或者一条需要救援的渔船。
更棘手的是“幽灵”目标。研究团队发现,大规模风机阵列会反射雷达信号,从而产生并不存在的虚假目标,干扰对沿海水域真实船只的探测。
想象一下,雷达屏幕上本来只有几艘船,却突然多出几个光点。值班人员既要分辨哪个是真船、哪个是“鬼影”,又要担心真正的船只被藏进了盲区,工作难度可想而知。
要理解这一现象,得先了解雷达的工作原理。
雷达向外发射电磁波,遇到物体后电磁波被反射回来,雷达据此判断目标的位置和运动状态。
现代海上风机高达上百米,塔筒和机舱是体积庞大的金属结构,对雷达来说是极强的反射体。它们挡在雷达和远处海面之间,就像一排排高墙,在身后投下电磁波的“阴影”,这就是盲区的来源。
旋转的叶片则带来另一重干扰,这也是风机区别于灯塔、桥梁等固定建筑的地方。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,看上去就像一个正在移动的目标。
此外,电磁波还可能在风机之间、风机与海面之间多次反弹,再返回雷达。雷达会误以为这些绕了远路的信号来自另一个位置的物体,“幽灵”目标由此诞生。
风机数量越多、排列越密,这些效应就越复杂,彼此叠加之后,更难通过简单的信号处理来剔除。
而且风向变化时,风机会随之调整朝向,叶片转速也在不断改变,干扰图案随时都在变化,这让雷达很难“一劳永逸”地学会忽略它们。
这项研究的背景,是中国海上风电的迅猛扩张。
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海上风资源稳定、风速高,又不占用陆地空间,被视为能源转型的重要方向。
中国已是全球海上风电装机规模最大的国家,山东、江苏、广东、福建等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,就是海上风电开发的热点区域之一。
这些海域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位居世界前列,每天有大量商船、渔船在附近穿梭往来。
岸基雷达是船舶交通管理系统的“眼睛”,一旦它的视野被削弱,碰撞、搁浅等事故的风险就可能上升,搜救行动的效率也可能受到影响。
尤其是在夜间、雾天等能见度较低的条件下,船舶和岸上管理人员更加依赖雷达,雷达图像的可靠性直接关系到海上生命财产安全。
风电与雷达的“冲突”并非中国独有。欧美国家在发展陆上和海上风电的过程中,也长期面临风机干扰航空雷达、气象雷达和军用雷达的问题,并为此开展过大量研究和技术攻关。
从各国经验看,缓解的办法主要有几类:在规划阶段就对风电场选址进行雷达影响评估,在盲区附近增设补盲雷达,升级雷达的信号处理算法以识别和过滤风机回波,以及融合船舶自动识别系统等多源信息来交叉验证目标。
这项研究的价值,正在于用量化数据把问题摆上了台面。过去,风电场对雷达的影响更多停留在定性判断,如今有了可以比较和评估的具体指标。
有了具体的数字,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,而不是等风机建成后再亡羊补牢。
在“双碳”目标驱动下,海上风电还将继续高速发展。让风机与雷达和平共处,让清洁能源不以牺牲航行安全为代价,是摆在规划者面前的一道必答题。
从长远看,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、气象等部门在规划上协同,或许比事后补救更为经济有效。
毕竟,海面上的每一座风机都应该是绿色发展的标志,而不应成为雷达屏幕上的一片迷雾。
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