風能研究面臨挑戰 對儀器提出更高要求
http://www.xppiez.live 2019-11-08 14:49:56 儀器網

  隨著環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。風力發電作為風能利用的主要形式,近幾年來一直呈快速發展趨勢,根據國際可再生能源署10月發布的最新報告,到2050年,全球風力發電量將達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,風能極有可能成為最大的單一發電來源。

  雖然風能的發展趨勢良好,但要更深入地利用風能,替代大部分不可再生能源,以現階段的技術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了當下風能研究面臨的三個挑戰:風力環境、風力渦輪機的結構設計制造、風力發電的系統控制。這三個挑戰也對儀器行業提出了更高的要求。

  地球的風能資源并不是平均分布的,風能資源豐富地區的地形與氣候也各不相同。而風力發電機選址的要求很高,不僅需要風能資源豐富,還需要風向、風速的長期穩定。一般來說,風力發電長選址時需要考慮年平均風速、年有效風力時數、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定性,因此每一次安裝都需要收集當地氣象監測部門的詳細數據。目前運營商在選址時使用的物理模型與觀測技術只適用于一般地形,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測儀器的技術進步。

  除風能資源外,風力發電機的發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,發電量也越大。因此為了更充足地利用風能,風力發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構的安全性與發電效率。尋找新材料則需要各類試驗機進行環境試驗與物性測試,而這需要設計新的試驗方案。

  隨著風能利用效率的提高,發電量增加,保證風力發電系統與電網的適配,支持并提高電網的可靠性和彈性也將成為一個需要解決的問題。風力發電受自然條件影響很大,具有不穩定性,風力過大或過小都無法發電,發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控制,改善風力發電的穩定性問題,是未來風力發電機發展的重中之重。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展。我國是風力發電大國,風力發電累計裝機容量穩居世界首位。在風電高速發展的同時,面臨的風能研究的挑戰也大于其他國家,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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