讓風(fēng)電走向“全天候” 新科技助推風(fēng)能利用效率

　　風(fēng)能是人們所看好的、發(fā)展前景相當(dāng)可觀的可再生能源。然而，風(fēng)能也面臨著利用率或效率方面的問題，導(dǎo)致此問題的因素在于風(fēng)能自身存在的易變性。在風(fēng)速穩(wěn)定的情況下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的空氣動(dòng)力性能表現(xiàn)極佳。然而，在遇到陣風(fēng)、湍流和風(fēng)剪流時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的效率則會(huì)出現(xiàn)降低情況。對(duì)此，科學(xué)家在不斷努力，幫助大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在不同風(fēng)力條件下提高風(fēng)能的利用率。

　　智能控制系統(tǒng)可大大提高風(fēng)能利用率

　　美國(guó)雪城大學(xué)L.C.史密斯工程和計(jì)算機(jī)學(xué)院部分研究人員正在進(jìn)行這方面的研究工作。目前，他們正在測(cè)試自己開發(fā)的主動(dòng)式風(fēng)流動(dòng)智能控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的基本出發(fā)點(diǎn)是根據(jù)表面測(cè)量而估算流過葉片表面風(fēng)的狀況，然后將此信息傳遞給智能控制器，以便對(duì)葉片采取實(shí)時(shí)調(diào)整控制氣流和提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的整體效率。此舉還有可能降低因流動(dòng)分離而產(chǎn)生的過度噪音和葉片振動(dòng)。

　　參與研究的人員包括王冠南英譯、巴斯曼·哈迪迪和馬克·格勞澤爾，他們完成的初期仿真結(jié)果顯示，對(duì)葉片1/2半徑以外的外側(cè)板施以氣流控制，能在風(fēng)力發(fā)電機(jī)額定功率輸出相同的情況下，顯著地增大風(fēng)力發(fā)電機(jī)整體工作范圍；或者說，在相同的工作范圍，可適當(dāng)?shù)靥岣唢L(fēng)力發(fā)電機(jī)的額定輸出功率。

　　研究人員認(rèn)為，在采用氣流控制后，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作范圍可以有效地提高80%，額定功率輸出不變；或者將額定輸出功率增加20%，工作范圍保持不變。他們表示，最佳的氣流控制部位為葉片外側(cè)板超出半徑一半的位置。

　　借助雪城大學(xué)新落成的無回聲風(fēng)洞設(shè)施，研究人員同時(shí)還在分析和了解特定的葉片形狀，以決定在氣流極其不穩(wěn)定的環(huán)境下，不同形狀的葉片在受到適當(dāng)氣流控制時(shí)，其所具有的升力和阻力特性。此外，研究人員還將利用無回聲風(fēng)洞來評(píng)估和測(cè)量氣流控制對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)噪聲頻譜的影響。

　　美國(guó)能源部支持的明尼蘇達(dá)大學(xué)風(fēng)能聯(lián)盟專門從事與風(fēng)能相關(guān)的研究，雪城大學(xué)的主動(dòng)風(fēng)流動(dòng)智能控制系統(tǒng)研究屬于聯(lián)盟整體工作的組成部分。身為機(jī)械和航空工程教授的格勞澤爾表示，很高興能參與明尼蘇達(dá)大學(xué)牽頭的具有世界水平的風(fēng)能研究聯(lián)盟，這是將在氣流智能控制系統(tǒng)方面的專業(yè)知識(shí)用于可再生能源領(lǐng)域的極好機(jī)會(huì)。

　　排骨狀V形槽能將效率提高3%

　　在雪城大學(xué)研究人員研究風(fēng)力發(fā)電機(jī)氣流智能控制系統(tǒng)的同時(shí)，明尼蘇達(dá)大學(xué)的科研人員則在研究影響風(fēng)能效率的另外一個(gè)問題，那就是風(fēng)阻。他們?cè)陲L(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片上開鑿許多細(xì)小的凹槽了解是否能夠減少風(fēng)阻。凹槽分布在葉片表面外層上，槽身十分淺只有40至225微米，人眼根本看不出來。通過對(duì)發(fā)電能力為2.5兆瓦的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片表面進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)以及計(jì)算機(jī)模擬，研究人員研究了不同凹槽形狀和凹槽走向的效果。研究人員羅格·阿恩德等人相信，排骨狀V形槽將能夠?qū)L(fēng)力發(fā)電機(jī)的效率提高3%。

　　在不久前舉行的美國(guó)物理學(xué)會(huì)流體力學(xué)分部會(huì)議上，雪城大學(xué)和明尼蘇達(dá)大學(xué)的研究人員分別介紹了他們的研究情況。

來源：科技日?qǐng)?bào)　

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