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全球風能研究面臨三大挑戰
2019-11-05 來源:科技日報
 在美國能源部國家可再生能源實驗室(NREL)的領導下,一個國際科學家團隊確定了全球風能研究面臨的三個最大挑戰。這項研究已發表在《科學》雜志上。
 
近幾十年來隨著風能技術的不斷發展,風能已成為全球能源不可或缺的一部分。但是要釋放風能的全部潛力并滿足全球對清潔能源的需求,還需要更多的創新。來自美國、德國、丹麥、芬蘭、瑞典、西班牙和挪威的風能專家在《科學》雜志上提出了當今風能研究面臨的三個最大挑戰。
 
第一個挑戰是要更好地了解大氣中的風力環境。為了獲得更多的風能,風力渦輪機的建造越來越高,彼此之間的距離也越來越遠。因此,研發人員必須了解在這些海拔高度下的風力環境。之前,運營商使用簡化的物理模型和簡單的觀測技術,可以在一般地形類型中安裝風機。但是對于復雜地形的大氣風力知識知之甚少。如果科學能更精確地計算出復雜地形下的風力條件,則可以進一步在經濟和技術上優化風機,并將其安裝在適當的位置。
 
第二個挑戰是解決巨型風機的旋轉機械結構和系統動力學。風力渦輪機是現在世界上最大的柔性旋轉機械,其葉片長度超過80米,塔架高度超過100米。相比之下風機的轉子所掃過的區域相當于空客A380-800的三架最大客機的機頭。隨著風力渦輪機變得越來越大,需要新的材料和制造工藝來解決可伸縮性,以及運輸和回收問題。上一代風力渦輪機設計時使用的許多簡化條件不再有效。風能研究人員不僅必須了解大氣,還需要評估如何同時確保結構安全和高效發電。
 
第三個挑戰是設計和操作風力渦輪機,使其能夠支持并提高電網的可靠性和彈性。來自風能和太陽能的更高饋入將極大地改變未來的電網。創新的控制概念可以利用風力渦輪機的特性來優化能源產量,同時支持電網穩定性。通過評估傳感器的測量結果,可以提高風能產量,降低成本,并使操作適應電網要求。為了實現未來的愿景,需要進行廣泛的研究,重點是模擬大氣流動,各個渦輪機動力學以及與高級電力系統結合的系統控制。
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