风能研究面临挑战 对仪器提出更高要求
http://www. 2019-11-08 14:49:56 仪器网

  随着环 境问题与化石能源枯竭的威胁日益严重,太阳能、风能、水能等 清洁能源越来越受到各国的重视。风力发 电作为风能利用的主要形式,近几年 来一直呈快速发展趋势,根据国 际可再生能源署10月发布的最新报告,到2050年,全球风力发电量将达6000吉瓦以上,与目前相比增长约10倍。地球风能资源丰富,到本世纪中叶,风能极 有可能成为最大的单一发电来源。

  虽然风 能的发展趋势良好,但要更 深入地利用风能,替代大 部分不可再生能源,以现阶 段的技术水平还有不小的困难。近日,在《科学》杂志上,来自欧 美多个国家的风能专家总总结了当下风能研究面临的三个挑战:风力环境、风力涡 轮机的结构设计制造、风力发电的系统控制。这三个 挑战也对仪器行业提出了更高的要求。

  地球的 风能资源并不是平均分布的,风能资 源丰富地区的地形与气候也各不相同。而风力 发电机选址的要求很高,不仅需 要风能资源丰富,还需要风向、风速的长期稳定。一般来说,风力发 电长选址时需要考虑年平均风速、年有效风力时数、风功率密度、湍流强度、主导风 向频率以及风速的时间变化与垂直变化等因素。另外,塔架的 高度也会影响风速与气流的稳定性,因此每 一次安装都需要收集当地气象监测部门的详细数据。目前运 营商在选址时使用的物理模型与观测技术只适用于一般地形,复杂地 形的风力状况仍然得不到准确的计算,因此提 高大气监测能力与风力条件分析能力势在必行,而这需 要风速仪等气象监测仪器的技术进步。

  除风能资源外,风力发 电机的发电量还与叶片的扫掠面积密切相关,叶片的扫掠面积越大,可以捕 获的风能资源越多,发电量也越大。因此为 了更充足地利用风能,风力发 电机不可避免地越建越高,越建越大。随之而 来的是对风力涡轮机材料以及制造工艺在可伸缩性、运输以 及回收等方面的新要求,同时也 要兼顾机械结构的安全性与发电效率。寻找新 材料则需要各类试验机进行环境试验与物性测试,而这需 要设计新的试验方案。

  随着风 能利用效率的提高,发电量增加,保证风 力发电系统与电网的适配,支持并 提高电网的可靠性和弹性也将成为一个需要解决的问题。风力发 电受自然条件影响很大,具有不稳定性,风力过 大或过小都无法发电,发电时 段与用电高峰期也往往无法对应,因此对 风力涡轮机进行系统控制,改善风 力发电的稳定性问题,是未来 风力发电机发展的重中之重。为解决 这一问题需要通过仪器模拟大气流动,也需要 对发电机工作时的电流情况进行更准确的测量。

  在当今 减少碳排放的大势下,风能作 为成本较低的可再生能源势必将得到更好的发展。我国是风力发电大国,风力发 电累计装机容量稳居世界首位。在风电 高速发展的同时,面临的 风能研究的挑战也大于其他国家,特别是弃风限电问题,制约着 我国对风电的利用效率。风能是 我国大力发展的清洁能源,因此我 们更需要迎难而上,付出更 大的努力解决难题,让风能 彻底为我们所用。

  (参考资料来源:科技日报)

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