US Wind power generation has grown significantly over the last decades, both in number and average size of operating turbines. A lower specific power, i.e. larger rotor blades relative to wind turbine capacities, allows to increase capacity factors and to reduce cost. However, this development also reduces system efficiency, i.e. the share of power in the wind flowing through rotor swept areas which is converted to electricity. At the same time, also output power density, the amount of electric energy generated per unit of rotor swept area, may decrease due to the decline of specific power. The precise outcome depends, however, on the interplay of wind resources and wind turbine models. In this study, we present a decomposition of historical US wind power generation data for the period 2001-2021 to study to which extent the decrease in specific power affected system efficiency and output power density. We show that as a result of a decrease in specific power, system efficiency fell and therefore, output power density was reduced during the last decade. Furthermore, we show that the wind available to turbines has increased substantially due to increases in the average hub height of turbines since 2001. However, site quality has slightly decreased during the last 20 years.


翻译:在过去几十年里,美国风力发电在运行的涡轮机的数量和平均规模上都大幅增长。一个较低的具体动力,即相对于风力涡轮机容量而言更大的旋翼叶片,能够增加能力因素和降低成本。然而,这一发展还降低了系统效率,即通过转子冲洗地区转换成电力的风力在流中所占的份额。与此同时,产出密度,每轮子转子扫荡区产生的电力量可能因特定功率下降而下降。但确切结果取决于风力资源和风力涡轮机模型的相互作用。在本研究中,我们介绍了2001-2021年期间美国历史风力发电数据的分解情况,以研究特定功率影响系统效率和产出密度的下降程度。我们表明,由于特定功率的下降,系统效率下降,因此过去十年的输出功率密度下降。此外,我们还表明,涡轮机可用的风量因自2001年以来平均中枢高度上升而大幅上升。但是,在过去20年中,场地质量略有下降。

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