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世界风能研究面临三大挑战

发布时间:2019-11-10 20:54:16

在能源部国家可再生能源实验室(NREL)的领导下,一个国际科学家团队确定了全球风能研究面临的三大挑战。这项研究发表在最近一期的科学(Science)杂志上。

近几十年来,风能已成为全球能源不可或缺的一部分。但要充分发挥风能的潜力,满足全球对清洁能源的需求,还需要更多创新。美国、德国、丹麦、芬兰、瑞典、西班牙和挪威的风能专家在科学(Science)杂志上指出了风能研究面临的三大挑战。

第一个挑战是更好地了解大气中的风环境。为了获得更多的风能,风力涡轮机的建造越来越高,而且它们之间的距离越来越远。因此,研究人员必须了解这些海拔高度的风环境。以前,操作者使用简化的物理模型和简单的观测技术在一般地形上安装风机,但对复杂地形中的大气风知识知之甚少。如果能够更准确地计算复杂地形中的风条件,就可以在经济和技术上进一步优化风机,并将其安装在适当的位置。

第二个挑战是解决巨型风扇的旋转机械结构和系统动力学问题。风力发电机是目前世界上最大的柔性旋转机械,其叶片长度超过80米,塔高超过100米。相比之下,风扇的转子扫过的面积相当于空中客车A380三大客机的机头。随着风力涡轮机越来越大,需要新的材料和制造工艺来解决可伸缩性、运输和回收问题。在设计上一代风力涡轮机时使用的许多简化条件已不再有效。风力研究人员不仅要了解大气,而且还要评估如何同时确保结构安全和发电效率。

第三个挑战是设计和操作风力涡轮机,以支持和提高电网的可靠性和灵活性。更高的风能和太阳能投入将极大地改变未来的电网。创新的控制理念可以利用风电机组的特点,在支持电网稳定的同时,优化能源生产。通过对传感器测量结果的评价,可以提高风能产量,降低成本,使运行更符合电网的要求。为了实现未来的愿景,需要进行广泛的研究,重点是结合先进的电力系统,对大气流量、涡轮操纵性和系统控制进行仿真研究。(记者顾钢)

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