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【化工機(jī)械設(shè)備網(wǎng) 熱點關(guān)注】隨著環(huán)境問題與化石能源枯竭的威脅日益嚴(yán)重，太陽能、風(fēng)能、水能等清潔能源越來越受到各國的重視。風(fēng)力發(fā)電作為風(fēng)能利用的主要形式，近幾年來一直呈快速發(fā)展趨勢，根據(jù)可再生能源署10月發(fā)布的新報告，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)電來源。
雖然風(fēng)能的發(fā)展趨勢良好，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，來自歐美多個國家的風(fēng)能專家總總結(jié)了當(dāng)下風(fēng)能研究面臨的三個挑戰(zhàn)：風(fēng)力環(huán)境、風(fēng)力渦輪機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計制造、風(fēng)力發(fā)電的系統(tǒng)控制。這三個挑戰(zhàn)也對儀器行業(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*穩(wěn)定。一般來說，風(fēng)力發(fā)電長選址時需要考慮年平均風(fēng)速、年有效風(fēng)力時數(shù)、風(fēng)功率密度、湍流強(qiáng)度、主導(dǎo)風(fēng)向頻率以及風(fēng)速的時間變化與垂直變化等因素。另外，塔架的高度也會影響風(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)測部門的詳細(xì)數(shù)據(jù)。目前運營商在選址時使用的物理模型與觀測技術(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)確的計算，因此提高大氣監(jiān)測能力與風(fēng)力條件分析能力勢在必行，而這需要風(fēng)速儀等氣象監(jiān)測儀器的技術(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。隨之而來的是對風(fēng)力渦輪機(jī)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(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機(jī)進(jìn)行環(huán)境試驗與物性測試，而這需要設(shè)計新的試驗方案。
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需要解決的問題。風(fēng)力發(fā)電受自然條件影響很大，具有不穩(wěn)定性，風(fēng)力過大或過小都無法發(fā)電，發(fā)電時段與用電高峰期也往往無法對應(yīng)，因此對風(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)定性問題，是未來風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)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(fā)電機(jī)工作時的電流情況進(jìn)行更準(zhǔn)確的測量。
在當(dāng)今減少碳排放的大勢下，風(fēng)能作為成本較低的可再生能源勢必將得到更好的發(fā)展。我國是風(fēng)力發(fā)電大國，風(fēng)力發(fā)電累計裝機(jī)容量穩(wěn)居世界*。在風(fēng)電高速發(fā)展的同時，面臨的風(fēng)能研究的挑戰(zhàn)也大于其他國家，特別是棄風(fēng)限電問題，制約著我國對風(fēng)電的利用效率。風(fēng)能是我國大力發(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。
(參考資料來源：科技日報)
原標(biāo)題：風(fēng)能研究面臨挑戰(zhàn) 對儀器提出更高要求
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