未來風(fēng)能的發(fā)電比例將進(jìn)一步提升，但是同時，如何克服風(fēng)力發(fā)電中風(fēng)能的不穩(wěn)定性、加大風(fēng)機在不同地形環(huán)境的應(yīng)用，這將決定風(fēng)電能否實現(xiàn)進(jìn)一步大發(fā)展。近日，美國科學(xué)家對風(fēng)機的進(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題，美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室與AWSTruepower公司的研究有望解決這一問題，目前他們正計劃開發(fā)一個軟件，使工作人員能掌握風(fēng)力強度并對風(fēng)力進(jìn)行預(yù)測，以有效做出下一步行動。

         事實上，在天氣惡劣的情況下，人們需要對風(fēng)力做出準(zhǔn)確預(yù)測，因為風(fēng)速可能在短期內(nèi)陡增或陡降，這將直接影響發(fā)電量。勞倫斯利弗莫爾國家實驗室研究院坎德里拉·卡瑪斯表示：“我們正在預(yù)測任意時段的風(fēng)能大小。我們的目標(biāo)就是讓控制室的工作人員能預(yù)測到風(fēng)力驟變的時間，以及對風(fēng)電場的影響。

         該項目被稱作WindSENSE，是由美國能源部能效與可再生能源辦公室資助�？驳吕锢�·卡瑪斯利用位于加州及俄勒岡州兩個風(fēng)電場的數(shù)據(jù)來研究。其中一個風(fēng)電場目前發(fā)電量為700兆瓦，即將提高到3000兆瓦，另一個風(fēng)電場目前發(fā)電量為3000兆瓦。“我們對風(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)測特別關(guān)鍵，因為風(fēng)能大小直接導(dǎo)致發(fā)電量變動�！笨驳吕锢�·卡瑪斯表示。

         AWSTruepower公司負(fù)責(zé)人約翰·扎克表示：“對風(fēng)機周邊風(fēng)力大小的觀測是WindSENSE項目的一部分，通過整合運算和監(jiān)測能有效給出預(yù)測風(fēng)力大小的最佳地點。新開發(fā)的軟件工具能為工作人員及時提供信息�！�

         據(jù)悉，在特定地點觀測風(fēng)力變速的意義很大，因為這能及時作用于風(fēng)力發(fā)電。WindSENSE項目主要是確定風(fēng)電場的選址，同時選定更為合適的感應(yīng)器，能在更短時間內(nèi)有效預(yù)測風(fēng)力。該研究團(tuán)隊利用了靈敏度分析方式對風(fēng)電場選址和風(fēng)力變速進(jìn)行分析。約翰·扎克說：“我們希望通過分析歷史數(shù)據(jù)以及最新數(shù)據(jù)來解決風(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)機效率提高

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

         胡輝表示：“雖然目前關(guān)于海上風(fēng)機的性能已經(jīng)有不少數(shù)據(jù)，歐洲對此的研究尤為全面，但是其都是基于平靜的水面，對于地表崎嶇地段，目前并沒有詳細(xì)數(shù)據(jù)說明這會對風(fēng)機造成何種影響。我和我的研究小組通過創(chuàng)造這種微型風(fēng)機來進(jìn)行測試，我們將在愛荷華州造價125萬美元的空氣動力學(xué)陣風(fēng)隧道中進(jìn)行測試。我們希望能聯(lián)合風(fēng)機行業(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，另外還有望延長風(fēng)力渦輪機的壽命，使它們更高效�！�

         據(jù)悉，該項目獲得的研究資金包括來自美國國家科學(xué)基金會、一項為期三年的30萬美元的撥款和來自愛荷華州風(fēng)力創(chuàng)新和新開發(fā)聯(lián)盟、一項為期兩年的10萬美元撥款。該研究團(tuán)隊除了胡輝外，還包括愛荷華州立大學(xué)理查德教授，航空航天工程學(xué)院教授萬斯和阿琳科夫，愛荷華州風(fēng)力模擬和測試實驗室主任楊紫峰，前愛荷華州立大學(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)行測試，通過量化風(fēng)經(jīng)過丘陵地形時的特點，來確定丘陵地形風(fēng)力渦輪機的最佳位置，并開發(fā)出最佳設(shè)計方案，優(yōu)化丘陵地形的大型風(fēng)電場建設(shè)。所進(jìn)行的實驗包括：小型發(fā)電機裝在微型渦輪機艙的功率;在微型渦輪機基座安裝傳感器，測量渦輪機和發(fā)電機塔架上的風(fēng)力負(fù)載;測量風(fēng)漩渦及測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)輪機受到的風(fēng)荷載沖擊比平地風(fēng)機大很多。此外，與平地上的渦輪機相比，風(fēng)力流過丘陵地形時對發(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)電機組放得更近一些，因為地形特點不同，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)力渦輪機研究，題為《圖示說明有梢尾漩渦的風(fēng)輪機尾流》。在美國航空和航天研究所2011年6月舉行的應(yīng)用空氣動力學(xué)會議上，研究人員也對此有所介紹。該項目計劃制成9個渦輪機的矩陣，在愛荷華州大風(fēng)洞中研究微型風(fēng)力發(fā)電場的電力生產(chǎn)和風(fēng)流量。

         胡輝稱，實驗數(shù)據(jù)很有價值，因為美國在建的風(fēng)電場越來越多。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)機的布局。