Föreställ dig en värld där hälften av vår el genereras förnybart av vindkraftsparker till havs. Föreställ dig nu en kraftfull orkan som slår mot kusten där gården ligger. Om utvecklare, ingenjörer och beslutsfattare har inte förberett sig för denna händelse, kusten kan få stora konsekvenser som blackouts och brownouts. Detta är ett scenario som Sanjay R. Arwade, professor i civil- och miljöteknik vid UMass Amherst, arbetar för att skydda sig mot när vindkraft till havs blir mer framträdande på den amerikanska marknaden.

"Offshore vind är en enorm möjlighet för USA, speciellt på östkusten...men längs USA:s östkust, det finns orkanrisker, ett problem som vi vet hur vi ska modellera och mildra. Det kommer bara att kräva forskningsarbete för att se till att vi gör utvecklingen rätt, " säger Arwade.

UMass Amherst har de nödvändiga verktygen och experterna för att ta sig an forskningsproblemen från havsvind. Campus är hem för Wind Energy Center (WEC), där mycket av dessa riskbedömningar studeras, och UMass-forskare bidrog i stor utsträckning till en nyligen publicerad havsvindbedömning och rekommendationsrapport av Massachusetts Research Partnership in Offshore Wind. Rapporten antyder att Massachusetts kan vara ledande inom amerikansk vindkraftsutveckling till havs. Arwade, en medlem av WEC och en medförfattare till rapporten, har lett ett team av doktorander och postdoktorala forskare för att fastställa riskerna med orkaner genom simuleringar och experiment.

"Mycket av det vi gör är att sätta ihop komponenter av forskning som är väl förstådda på egen hand men som inte har kopplats ihop på meningsfulla sätt, " Arwade sa, "Folk vet hur man gör analys av offshore-strukturer, från olje- och gasindustrin i USA till vindkraftsindustrin till havs i Europa. Människor vet i stor utsträckning hur man modellerar orkaner, men det som inte har gjorts är att sätta ihop dessa två saker."

Genom samarbeten med andra universitet, Arwade säger att hans team och medarbetare har upptäckt att orkaner har egenskaper i sina vindfält som kan vara viktiga för utformningen av vindkraftverk till havs. De har också tittat på hur stora brytande vågor samverkar med strukturerna. Annan forskning som Arwades team arbetar med inkluderar att titta på fasta och flytande bottenturbiner och de möjligheter som uppstår från dem, skapa kartor över var brytande vågor uppstår och använda scenarier för att titta på sannolikheterna för orkaner i förhållande till klimatförändringar i framtiden.

I tur och ordning, WEC:s forskning om orkanriskbedömning kommer att gynna vindkraftsindustrin till havs genom att förse utvecklare med information de behöver för att designa och implementera offshore-farmar med energisäkerhet och tillförlitlighet i åtanke.

"Genom att tillhandahålla bättre modeller för orkanrisk tror jag att vi kan hjälpa till att säkerställa energisäkerhet, huvudsakligen för att hjälpa tillsynsmyndigheter att se till att 20 år från nu när vi uppnår en starkare närvaro av förnybar energi, att när du vrider på strömbrytaren, lamporna tänds", säger Arwade.

En annan stor säkerhetseffekt av havsbaserad design är att ändra standarderna för att säkerställa säkra och effektiva vindkraftsstrukturer till havs.

"Det största som kommer att hända är revidering av designkoder, " Arwade sa om forskningen som hans team gör, "Så när en grupp ingenjörer går för att designa en struktur, vad de gör är att de refererar till designkoder eller designspecifikationer och dessa designkoder instruerar effektivt ingenjören om hur stark man ska göra en struktur på en given plats. Den talar om för ingenjören vad det är för laster och sånt. Det har redan gjorts vissa framsteg i denna riktning mot att utveckla orkanbaserade designstandarder, men jag tror att det är där effekten kommer att märkas."

Offshorevind håller på att bli en global industri som behöver genomgå ytterligare forskning för att avancera i USA. Den tidigare nämnda rapporten uppskattade att "el som en bråkdel av världens energiförbrukning kommer att öka från 18 % nu till 40 % 2050", och att "86% av den elen kommer att genereras från förnybara resurser, nästan allt kommer från vindenergi (på land och till havs), solceller, och vattenkraft."

Arbetet som Arwade och andra experter vid UMass Amherst gör är viktigt för framtiden för havsvind i Massachusetts. Campus är beredd att ta ledningen inom forskning, med många rekommendationer i rapporten.

"Vi har inte råd att låta den här branschen skadas av oväntade misslyckanden, säger Arwade.