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風能研究面臨挑戰(zhàn) 對儀器提出更高要求

2019-11-07 11:03:13來源：儀器網(wǎng)關鍵詞：風能閱讀量：3514

　　【儀器網(wǎng) 能源環(huán)境】隨著環(huán)境問題與化石能源枯竭的威脅日益嚴重，太陽能、風能、水能等清潔能源越來越受到各國的重視。風力發(fā)電作為風能利用的主要形式，近幾年來一直呈快速發(fā)展趨勢，根據(jù)可再生能源署10月發(fā)布的新報告，到2050年，風力發(fā)電量將達6000吉瓦以上，與目前相比增長約10倍。地球風能資源豐富，到本世紀中葉，風能極有可能成為大的單一發(fā)電來源。

　　雖然風能的發(fā)展趨勢良好，但要更深入地利用風能，替代大部分能源，以現(xiàn)階段的技術(shù)水平還有不小的困難。近日，在《科學》雜志上，來自歐美多個國家的風能專家總總結(jié)了當下風能研究面臨的三個挑戰(zhàn)：風力環(huán)境、風力渦輪機的結(jié)構(gòu)設計制造、風力發(fā)電的系統(tǒng)控制。這三個挑戰(zhàn)也對儀器行業(yè)提出了更高的要求。

　　地球的風能資源并不是平均分布的，風能資源豐富地區(qū)的地形與氣候也各不相同。而風力發(fā)電機選址的要求很高，不僅需要風能資源豐富，還需要風向、風速的長期穩(wěn)定。一般來說，風力發(fā)電長選址時需要考慮年平均風速、年有效風力時數(shù)、風功率密度、湍流強度、主導風向頻率以及風速的時間變化與垂直變化等因素。另外，塔架的高度也會影響風速與氣流的穩(wěn)定性，因此每一次安裝都需要收集當?shù)貧庀蟊O(jiān)測部門的詳細數(shù)據(jù)。目前運營商在選址時使用的物理模型與觀測技術(shù)只適用于一般地形，復雜地形的風力狀況仍然得不到準確的計算，因此提高大氣監(jiān)測能力與風力條件分析能力勢在必行，而這需要風速儀等氣象監(jiān)測儀器的技術(shù)進步。

　　除風能資源外，風力發(fā)電機的發(fā)電量還與葉片的掃掠面積密切相關，葉片的掃掠面積越大，可以捕獲的風能資源越多，發(fā)電量也越大。因此為了更充足地利用風能，風力發(fā)電機不可避免地越建越高，越建越大。隨之而來的是對風力渦輪機材料以及制造工藝在可伸縮性、運輸以及回收等方面的新要求，同時也要兼顧機械結(jié)構(gòu)的安全性與發(fā)電效率。尋找新材料則需要各類試驗機進行環(huán)境試驗與物性測試，而這需要設計新的試驗方案。

　　隨著風能利用效率的提高，發(fā)電量增加，保證風力發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)的適配，支持并提高電網(wǎng)的可靠性和彈性也將成為一個需要解決的問題。風力發(fā)電受自然條件影響很大，具有不穩(wěn)定性，風力過大或過小都無法發(fā)電，發(fā)電時段與用電高峰期也往往無法對應，因此對風力渦輪機進行系統(tǒng)控制，改善風力發(fā)電的穩(wěn)定性問題，是未來風力發(fā)電機發(fā)展的重中之重。為解決這一問題需要通過儀器模擬大氣流動，也需要對發(fā)電機工作時的電流情況進行更準確的測量。

　　在當今減少碳排放的大勢下，風能作為成本較低的可再生能源勢必將得到更好的發(fā)展。我國是風力發(fā)電大國，風力發(fā)電累計裝機容量穩(wěn)居世界首位。在風電高速發(fā)展的同時，面臨的風能研究的挑戰(zhàn)也大于其他國家，特別是棄風限電問題，制約著我國對風電的利用效率。風能是我國大力發(fā)展的清潔能源，因此我們更需要迎難而上，付出更大的努力解決難題，讓風能徹底為我們所用。
（參考資料來源：科技日報）

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