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美国特拉华州大学Cristina Archer教授所在的大气与能源研究小组发现,交错离散布局的风力涡轮机能够将海岸风力发电厂的效率提升33%。“若每一排风力涡轮机实现交错离散式布局,风力发电效率可显著提升,” 特拉华州大学地球、海洋与环境学院物理海洋科学、工程和地理副教授Archer表示。
上月,该发现在《地球物理研究通讯》发表,旨在帮助工程师设计更有效的海岸风力发电厂。
研究人员将位于瑞士的一个海边风力发电厂作为研究对象,并将电厂目前网状紧凑的涡轮布局与其他六种不同方案进行比较。在其中一项方案中,研究人员将涡轮整齐排列、松散布局。而在另外的方案中,他们对每一排涡轮进行调整,使其最终布局类似剧院里交错布局的观众席。
在精密模拟中,研究团队计量涡流流量-风力涡轮叶旋转时,会产生顺风-以及空气运动对于周边涡轮的影响。
他们发现,最高效的布局是两种方式的结合,即交错离散式布局。该布局方式能够降低涡流引起的损耗,并将风力涡轮能效提高三分之一。
最优配置中,每一排涡轮面朝盛行风向,如在美国东海岸,每年夏天的盛行风向是西南。在多数地区,每年不同季节有不同的盛行风向。因此,适应某个季节的最优配置,并不代表是全年最佳选择。
考虑上述各种因素能够为风力发电厂布局与设计提供有效帮助。“我们希望系统地权衡这些因素,逐一具体分析,” Archer表示。
该研究是Archer可持续能源生产之风力发电与应用的重点项目。Archer拥有气象学与工程学背景,其利用天气数据与复杂的计算来衡量风力作为主要能源的潜力。
去年,Archer与斯坦福大学的同行Mark Jacobson发现,风力发电机涡轮能够满足全世界半数能源需求,且几乎不对环境产生破坏作用。
接下来的研究中,Archer与Jacobson考察了各个季节世界的风能潜力,发现在多数海岸或大陆上适合建立风力发电厂的地区,风能最丰富的时期是每年的12月至次年2月。
尽管风能潜力随季节变化,但研究人员表示,目前世界有足够的风能满足地区电力需求。
这些发现发表在《实用地理》上,并且公布了详细的地图与表格数据,总结了世界风能季节性变化与缝补。
“我希望这些能够帮助人们了解全球风能的规模,” Archer表示。
