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風(fēng)能研究面臨挑戰(zhàn) 對(duì)儀器提出更高要求

2019-11-07 11:03:13來(lái)源：儀器網(wǎng)關(guān)鍵詞：風(fēng)能閱讀量：3496

導(dǎo)讀：近日，在《科學(xué)》雜志上，來(lái)自歐美多個(gè)國(guó)家的風(fēng)能專家總總結(jié)了當(dāng)下風(fēng)能研究面臨的三個(gè)挑戰(zhàn)：風(fēng)力環(huán)境、風(fēng)力渦輪機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造、風(fēng)力發(fā)電的系統(tǒng)控制。這三個(gè)挑戰(zhàn)也對(duì)儀器行業(yè)提出了更高的要求。

　　【儀器網(wǎng) 能源環(huán)境】隨著環(huán)境問(wèn)題與化石能源枯竭的威脅日益嚴(yán)重，太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能等清潔能源越來(lái)越受到各國(guó)的重視。風(fēng)力發(fā)電作為風(fēng)能利用的主要形式，近幾年來(lái)一直呈快速發(fā)展趨勢(shì)，根據(jù)可再生能源署10月發(fā)布的新報(bào)告，到2050年，風(fēng)力發(fā)電量將達(dá)6000吉瓦以上，與目前相比增長(zhǎng)約10倍。地球風(fēng)能資源豐富，到本世紀(jì)中葉，風(fēng)能極有可能成為大的單一發(fā)電來(lái)源。

　　雖然風(fēng)能的發(fā)展趨勢(shì)良好，但要更深入地利用風(fēng)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(xué)》雜志上，來(lái)自歐美多個(gè)國(guó)家的風(fēng)能專家總總結(jié)了當(dāng)下風(fēng)能研究面臨的三個(gè)挑戰(zhàn)：風(fēng)力環(huán)境、風(fēng)力渦輪機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造、風(fēng)力發(fā)電的系統(tǒng)控制。這三個(gè)挑戰(zhàn)也對(duì)儀器行業(yè)提出了更高的要求。

　　地球的風(fēng)能資源并不是平均分布的，風(fēng)能資源豐富地區(qū)的地形與氣候也各不相同。而風(fēng)力發(fā)電機(jī)選址的要求很高，不僅需要風(fēng)能資源豐富，還需要風(fēng)向、風(fēng)速的長(zhǎng)期穩(wěn)定。一般來(lái)說(shuō)，風(fēng)力發(fā)電長(zhǎng)選址時(shí)需要考慮年平均風(fēng)速、年有效風(fēng)力時(shí)數(shù)、風(fēng)功率密度、湍流強(qiáng)度、主導(dǎo)風(fēng)向頻率以及風(fēng)速的時(shí)間變化與垂直變化等因素。另外，塔架的高度也會(huì)影響風(fēng)速與氣流的穩(wěn)定性，因此每一次安裝都需要收集當(dāng)?shù)貧庀蟊O(jiān)測(cè)部門的詳細(xì)數(shù)據(jù)。目前運(yùn)營(yíng)商在選址時(shí)使用的物理模型與觀測(cè)技術(shù)只適用于一般地形，復(fù)雜地形的風(fēng)力狀況仍然得不到準(zhǔn)確的計(jì)算，因此提高大氣監(jiān)測(cè)能力與風(fēng)力條件分析能力勢(shì)在必行，而這需要風(fēng)速儀等氣象監(jiān)測(cè)儀器的技術(shù)進(jìn)步。

　　除風(fēng)能資源外，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電量還與葉片的掃掠面積密切相關(guān)，葉片的掃掠面積越大，可以捕獲的風(fēng)能資源越多，發(fā)電量也越大。因此為了更充足地利用風(fēng)能，風(fēng)力發(fā)電機(jī)不可避免地越建越高，越建越大。隨之而來(lái)的是對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī)材料以及制造工藝在可伸縮性、運(yùn)輸以及回收等方面的新要求，同時(shí)也要兼顧機(jī)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(yàn)機(jī)進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)與物性測(cè)試，而這需要設(shè)計(jì)新的試驗(yàn)方案。

　　隨著風(fēng)能利用效率的提高，發(fā)電量增加，保證風(fēng)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(gè)需要解決的問(wèn)題。風(fēng)力發(fā)電受自然條件影響很大，具有不穩(wěn)定性，風(fēng)力過(guò)大或過(guò)小都無(wú)法發(fā)電，發(fā)電時(shí)段與用電高峰期也往往無(wú)法對(duì)應(yīng)，因此對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)控制，改善風(fēng)力發(fā)電的穩(wěn)定性問(wèn)題，是未來(lái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)展的重中之重。為解決這一問(wèn)題需要通過(guò)儀器模擬大氣流動(dòng)，也需要對(duì)發(fā)電機(jī)工作時(shí)的電流情況進(jìn)行更準(zhǔn)確的測(cè)量。

　　在當(dāng)今減少碳排放的大勢(shì)下，風(fēng)能作為成本較低的可再生能源勢(shì)必將得到更好的發(fā)展。我國(guó)是風(fēng)力發(fā)電大國(guó)，風(fēng)力發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量穩(wěn)居世界首位。在風(fēng)電高速發(fā)展的同時(shí)，面臨的風(fēng)能研究的挑戰(zhàn)也大于其他國(guó)家，特別是棄風(fēng)限電問(wèn)題，制約著我國(guó)對(duì)風(fēng)電的利用效率。風(fēng)能是我國(guó)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(fēng)能徹底為我們所用。
（參考資料來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)）

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