世界风能研究面临三大挑战

科学日报(记者顾刚)-在美国能源部国家可再生能源实验室(NREL)的领导下，一个国际科学家小组已经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的《科学》杂志上。

近几十年来，风能已经成为全球能源不可或缺的一部分。然而，需要更多的创新来释放风能的全部潜力，满足全球对清洁能源的需求。来自美国、德国、丹麦、芬兰、瑞典、西班牙和挪威的风能专家在《科学》杂志上提出了当今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，风力涡轮机被建得越来越高，它们之间的距离也越来越远。因此，研究人员必须了解这些高度的风环境。以前，运营商使用简化的物理模型和简单的观测技术在一般地形安装风扇，但他们对复杂地形的大气风力知之甚少。如果能够更精确地计算复杂地形下的风况，则风扇可以在经济和技术上进一步优化，并安装在适当的位置。

第二个挑战是解决大型风机的旋转机械结构和系统动力学问题。风力涡轮机是目前世界上最大的柔性旋转机械，叶片长度超过80米，塔架高度超过100米。相比之下，风扇转子扫过的区域相当于三架最大的空客A380-800飞机的头部。随着风力涡轮机变得越来越大，需要新的材料和制造工艺来解决可扩展性、运输和回收利用的问题。上一代风力涡轮机设计中使用的许多简化条件不再有效。风能研究人员不仅要了解大气，还要评估如何确保结构安全和高效发电。

第三个挑战是设计和运行风力涡轮机，以支持和提高电网的可靠性和灵活性。风能和太阳能的更高供给将极大地改变未来的电网。创新的控制概念可以利用风力涡轮机的特性来优化能源生产，同时支持电网稳定。通过对传感器测量结果的评估，可以增加风能输出，降低成本，运行满足电网要求。为了实现未来的愿景，需要进行广泛的研究，重点是模拟大气流动、涡轮动力学和系统控制以及先进的电力系统。