未來(lái)風(fēng)能的發(fā)電比例將進(jìn)一步提升，但是同時(shí)，如何克服風(fēng)力發(fā)電中風(fēng)能的不穩(wěn)定性、加大風(fēng)機(jī)在不同地形環(huán)境的應(yīng)用，這將決定風(fēng)電能否實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步大發(fā)展。近日，美國(guó)科學(xué)家對(duì)風(fēng)機(jī)的進(jìn)一步利用和優(yōu)化有了新研究。

         風(fēng)力大小有望得到預(yù)測(cè)風(fēng)電材料設(shè)備

         風(fēng)能的不確定性使其在保持發(fā)電量和負(fù)荷量的平衡上存在一定的問(wèn)題，美國(guó)勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室與AWSTruepower公司的研究有望解決這一問(wèn)題，目前他們正計(jì)劃開(kāi)發(fā)一個(gè)軟件，使工作人員能掌握風(fēng)力強(qiáng)度并對(duì)風(fēng)力進(jìn)行預(yù)測(cè)，以有效做出下一步行動(dòng)。

         事實(shí)上，在天氣惡劣的情況下，人們需要對(duì)風(fēng)力做出準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，因?yàn)轱L(fēng)速可能在短期內(nèi)陡增或陡降，這將直接影響發(fā)電量。勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室研究院坎德里拉·卡瑪斯表示：“我們正在預(yù)測(cè)任意時(shí)段的風(fēng)能大小。我們的目標(biāo)就是讓控制室的工作人員能預(yù)測(cè)到風(fēng)力驟變的時(shí)間，以及對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的影響。

         該項(xiàng)目被稱(chēng)作WindSENSE，是由美國(guó)能源部能效與可再生能源辦公室資助。坎德里拉·卡瑪斯利用位于加州及俄勒岡州兩個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的數(shù)據(jù)來(lái)研究。其中一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)目前發(fā)電量為700兆瓦，即將提高到3000兆瓦，另一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)目前發(fā)電量為3000兆瓦�！拔覀儗�(duì)風(fēng)力驟變的天氣情況進(jìn)行了分析，這些數(shù)據(jù)能減少工作人員的信息收集工作。未來(lái)風(fēng)電并網(wǎng)比例將上升，我們有必要更好掌握風(fēng)速。做好風(fēng)力預(yù)測(cè)特別關(guān)鍵，因?yàn)轱L(fēng)能大小直接導(dǎo)致發(fā)電量變動(dòng)�！笨驳吕锢�·卡瑪斯表示。

         AWSTruepower公司負(fù)責(zé)人約翰·扎克表示：“對(duì)風(fēng)機(jī)周邊風(fēng)力大小的觀測(cè)是WindSENSE項(xiàng)目的一部分，通過(guò)整合運(yùn)算和監(jiān)測(cè)能有效給出預(yù)測(cè)風(fēng)力大小的最佳地點(diǎn)。新開(kāi)發(fā)的軟件工具能為工作人員及時(shí)提供信息。”

         據(jù)悉，在特定地點(diǎn)觀測(cè)風(fēng)力變速的意義很大，因?yàn)檫@能及時(shí)作用于風(fēng)力發(fā)電。WindSENSE項(xiàng)目主要是確定風(fēng)電場(chǎng)的選址，同時(shí)選定更為合適的感應(yīng)器，能在更短時(shí)間內(nèi)有效預(yù)測(cè)風(fēng)力。該研究團(tuán)隊(duì)利用了靈敏度分析方式對(duì)風(fēng)電場(chǎng)選址和風(fēng)力變速進(jìn)行分析。約翰·扎克說(shuō)：“我們希望通過(guò)分析歷史數(shù)據(jù)以及最新數(shù)據(jù)來(lái)解決風(fēng)力發(fā)電的障礙，這樣我們能提高操作室工作人員作業(yè)的準(zhǔn)確性。我們能更好了解風(fēng)力發(fā)電的特性�！�

         丘陵地區(qū)風(fēng)機(jī)效率提高

         美國(guó)愛(ài)荷華州立大學(xué)對(duì)風(fēng)機(jī)在山區(qū)、丘陵等復(fù)雜地形的應(yīng)用展開(kāi)研究，希望未來(lái)能進(jìn)一步拓寬風(fēng)力發(fā)電的地域。美國(guó)愛(ài)荷華州立大學(xué)航空航天工程副教授胡輝是該研究項(xiàng)目的主要負(fù)責(zé)人。據(jù)悉，該研究小組目前制作了不少風(fēng)機(jī)模型，以幫助其更好了解丘陵、河谷和風(fēng)機(jī)位置如何影響風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電。

         胡輝表示：“雖然目前關(guān)于海上風(fēng)機(jī)的性能已經(jīng)有不少數(shù)據(jù)，歐洲對(duì)此的研究尤為全面，但是其都是基于平靜的水面，對(duì)于地表崎嶇地段，目前并沒(méi)有詳細(xì)數(shù)據(jù)說(shuō)明這會(huì)對(duì)風(fēng)機(jī)造成何種影響。我和我的研究小組通過(guò)創(chuàng)造這種微型風(fēng)機(jī)來(lái)進(jìn)行測(cè)試，我們將在愛(ài)荷華州造價(jià)125萬(wàn)美元的空氣動(dòng)力學(xué)陣風(fēng)隧道中進(jìn)行測(cè)試。我們希望能聯(lián)合風(fēng)機(jī)行業(yè)，將我們的發(fā)現(xiàn)真正拓展到商業(yè)階段。新研究將協(xié)助風(fēng)力采集，另外還有望延長(zhǎng)風(fēng)力渦輪機(jī)的壽命，使它們更高效。”

         據(jù)悉，該項(xiàng)目獲得的研究資金包括來(lái)自美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)、一項(xiàng)為期三年的30萬(wàn)美元的撥款和來(lái)自愛(ài)荷華州風(fēng)力創(chuàng)新和新開(kāi)發(fā)聯(lián)盟、一項(xiàng)為期兩年的10萬(wàn)美元撥款。該研究團(tuán)隊(duì)除了胡輝外，還包括愛(ài)荷華州立大學(xué)理查德教授，航空航天工程學(xué)院教授萬(wàn)斯和阿琳科夫，愛(ài)荷華州風(fēng)力模擬和測(cè)試實(shí)驗(yàn)室主任楊紫峰，前愛(ài)荷華州立大學(xué)博士后研究員、現(xiàn)俄亥俄州代頓的萊特州立大學(xué)助理教授、航空航天工程博士后副研究員田威及航空航天工程的研究生艾哈邁德。

         目前，研究人員正利用風(fēng)洞進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)量化風(fēng)經(jīng)過(guò)丘陵地形時(shí)的特點(diǎn)，來(lái)確定丘陵地形風(fēng)力渦輪機(jī)的最佳位置，并開(kāi)發(fā)出最佳設(shè)計(jì)方案，優(yōu)化丘陵地形的大型風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)。所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)包括：小型發(fā)電機(jī)裝在微型渦輪機(jī)艙的功率;在微型渦輪機(jī)基座安裝傳感器，測(cè)量渦輪機(jī)和發(fā)電機(jī)塔架上的風(fēng)力負(fù)載;測(cè)量風(fēng)漩渦及測(cè)量葉片捕獲的總體風(fēng)能。

         胡輝表示，初步結(jié)果表明，丘陵地形的風(fēng)輪機(jī)受到的風(fēng)荷載沖擊比平地風(fēng)機(jī)大很多。此外，與平地上的渦輪機(jī)相比，風(fēng)力流過(guò)丘陵地形時(shí)對(duì)發(fā)電量影響較小。風(fēng)洞數(shù)據(jù)表明，在丘陵地形，你可以把風(fēng)力發(fā)電機(jī)組放得更近一些，因?yàn)榈匦翁攸c(diǎn)不同，這將有效提高發(fā)電量。

         11月份，胡輝在發(fā)表了一篇論文討論風(fēng)力渦輪機(jī)研究，題為《圖示說(shuō)明有梢尾漩渦的風(fēng)輪機(jī)尾流》。在美國(guó)航空和航天研究所2011年6月舉行的應(yīng)用空氣動(dòng)力學(xué)會(huì)議上，研究人員也對(duì)此有所介紹。該項(xiàng)目計(jì)劃制成9個(gè)渦輪機(jī)的矩陣，在愛(ài)荷華州大風(fēng)洞中研究微型風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的電力生產(chǎn)和風(fēng)流量。

         胡輝稱(chēng)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)很有價(jià)值，因?yàn)槊绹?guó)在建的風(fēng)電場(chǎng)越來(lái)越多。這些研究告訴了我們之前不知道的一些事情，它可以幫助我們優(yōu)化風(fēng)機(jī)的布局。