作者:赵熙熙 来源:中国科学报 发布时间:2017/2/16 9:37:58
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葡萄牙实施全球最大风图谱计划
有助改进大气模型 促进风电产业发展

 

技术人员正在安装传感器。图片来源:smart-box.pt

本报讯 位于葡萄牙东部的一个山风呼啸的峡谷中如今布满了机器。蹲伏的白色集装箱紧盯着山腰,扫描激光器横跨长满桉树的陡坡,装载着科学仪器的高塔直指100米的天空。

而看守在这里的国际团队将在未来5个月中测量吹过这里的狂风的一切信息。一个史无前例的气象设备阵列将为世界最详细的风图谱计划研究风的速度、方向和其他特征。其目标是阐明复杂地形上风场的基本特性,帮助研究人员改进大气计算机模型,同时使工程师们能够确定将风力涡轮机安装在何处可以获取最多的能量。

这项被称为Perdigo的计划的最终结果也应该可以改进空气污染如何在山谷中沉积的模型,并帮助无人驾驶飞机和飞机在多风的山区地形中导航。

并未参与该计划的美国纽约州伊萨卡市康奈尔大学大气科学家Sara Pryor表示:“在了解大气物理学以及如何优化使用风能方面,这将是一次完全的转变。”他说:“它是绝妙的。”

通过将测试的风流模型与Perdigao计划的详细数据进行比较,研究人员能够把他们的发现应用在其他地方。加利福尼亚州劳伦斯·利弗莫尔国家实验室气象学家Sonia Wharton表示:“经验教训将转化为对于大气模型的改善,从而为整个风能产业服务。”

欧洲总能源中有11%来自于风能。但哥本哈根丹麦科技大学风能研究人员Jakob Mann表示,仅仅10%的风速变化就可以改变高达30%的能量产出。而在丘陵或森林地区的损失是最大的。

Mann领导的斥资1400万欧元的新欧洲风地图计划集合了葡萄牙的风图谱研究和实验项目,目前是全世界此类研究中规模最大的。

该项目负责人、葡萄牙波尔图大学风能专家José Laginha Palma表示,Perdigao研究团队在2015年进行的一个试点实验发现,一个山脊的湍流顺风会影响下一个山脊的风模式——这种细节能够用于改善大气流动模型。

这样的模型通常依赖于上世纪80年代在英国Askervein的一座小山上进行的更简单的野外试验所获得的结果。Palma说:“我们将更新和替换30年前的数据。”

葡萄牙具有发达的风能产业,并且Perdigao山脊已经拥有了一部涡轮机。大部分的科研装备已经启动并正在运行,研究人员将在2月安装剩余的设备。它们包括54个配备了仪器的桅杆,用于测量风的速度、方向、温度、湿度以及其他因素的影响,即在沿着以及垂直于山脊的方向每秒钟测量20次。同时22种仪器将利用激光雷达技术在三维尺度上研究小尺度风场。

印第安纳州圣母大学流体动力学工程师Harindra Fernando指出,许多研究都着眼于在1公里的规模上研究风模式,但Perdigao实验是第一个将大规模风图谱缩小至100米~500米分辨率的项目。

Fernando是从事Perdigo计划的美国研究人员的联合负责人,美国国家科学基金会向他们提供了340万美元的资金。Fernando说:“我们正在试图做的是在世界任何地方都能够‘便携’使用的东西。”

风能是指空气流动所产生的动能。它是太阳能的一种转化形式。由于太阳辐射造成地球表面各部分受热不均匀,引起大气层中压力分布不平衡,在水平气压梯度的作用下,空气沿水平方向运动形成风。风能资源的总储量非常巨大。风能是可再生的清洁能源,储量大、分布广,但它的能量密度低,并且不稳定。在一定的技术条件下,风能可作为一种重要的能源得到开发利用。风能利用是综合性的工程技术,通过风力机将风的动能转化成机械能、电能和热能等。(赵熙熙)

《中国科学报》 (2017-02-16 第2版 国际)
 
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