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智能气流控制系统，利用气流多变性，提升大型风力涡轮机效率

可再生能源发展史上的一个里程碑出现在2008年，当时，美国新增的风轮机发电容量，超过了新增的燃煤发电。

有一些新的创意，可以提高风力涡轮机的工作效率，这些创意本周都被介绍过，就是在美国物理学会流体动力学分会在加州长滩(Long Beach)举行的会议上介绍的。

有一个问题妨碍着高效风能，这就是风本身，尤其是它的多变性。涡轮机气动性能最好的，是在风向稳定的时候。叶片效率降低，是因为遇到不利条件，比如狂风，涡流风，上游尾流风，以及乱风。

现在，一种新型气流技术很快就可提升大型风力涡轮机的效率，而且在许多不同风力条件下，都可以提高。

锡拉丘兹大学(Syracuse University)的研究人员王灌南(Guannan Wang)，巴斯曼El·哈迪迪(Basman El Hadidi)，加库布·瓦尔扎克(Jakub Walczak)，马克·格劳塞(Mark Glauser)和海罗西·海格齐(Hiroshi Higuchi)正在试验一项新技术，这是一种基于智能系统的主动气流控制方法，支持者有美国能源部和明尼苏达大学(University of Minnesota)风能协会。这一方法是，先估计有什么样的气流状况存在于叶片表面，这要根据表面测量来估计，然后，把这一信息传给智能控制器，从而实时驱动叶片，控制气流，提高整体风机系统效能。这项工作也可以降低过度噪声和振动，这是由于气流分离。

最初的仿真结果表明，这种气流控制技术应用于叶片外侧板，就是一半半径之外部位，就能大大扩大风力涡轮机的操作范围，而且具有相同的额定功率输出，或者，也可以大幅提升额定输出功率，但只要同样水平的操作范围。这一小组也在研究一种独特的翼型，是在一个新的无回声风洞设施中研究的，就在锡拉丘兹大学，这一研究是为了确定翼型的升阻特性，这需要恰当的气流控制，因为会暴露于大尺度的气流紊乱。此外，气流控制影响风机噪声频谱，这也会被评估和测量，而且是在消声室中进行。

风能的另一个问题是阻力，这种阻力影响涡轮叶片，因为叶片撞击空气。明尼苏达大学科学家们一直在关注减阻效应，他们在涡轮叶片上刻了一些微小的沟槽。这些小沟槽形状是三角形的凸肋(riblet)，刻在涂层中，覆盖叶片表面。沟槽非常浅(40至225微米)，肉眼看不见，这样，叶片看上去非常光滑。

他们使用风洞测试2.5兆瓦特涡轮机的翼面，这已经成为最受欢迎的行业标准，他们也使用计算机模拟，考察不同功效的各种沟槽结构和撞击角度，因为叶片如何定位，涉及到气流。

像这些凸肋，以前都已经用过，就用于帆船的风帆，这些帆船曾参加上届美洲杯赛船会，这些凸肋也用于空中客车航班，它们产生的减阻大约为6%。设计风机涡轮叶片，首先，它非常类似飞机机翼。但由于不同的工程问题，比如涡轮叶片有更厚的截面，靠近叶毂，而且风轮机必须应对特有的乱流，这是因为靠近地面，因此，风力涡轮机减阻作用也不会很相同。

明尼苏达大学研究人员罗杰·阿德特(Roger Arndt)，李奥纳多P.·查莫洛(Leonardo P. Chamorro)和佛提斯·撒提洛珀罗斯(Fotis Sotiropoulos)相信，这些凸肋会提升风轮机效率约3%。

这两种新的想法都看提高风力发电机工作效率，最近都讲过，就在美国物理学会流体动力学分会在美国加州长滩举行的会议上讲的，会议11月21日举行。锡拉丘茨大学研究小组演讲的是“有益的主动风流控制用于风涡轮叶片”，明尼苏达大学研究人员演讲的是“表皮摩擦阻力降低用于大型风轮机要使用锋利的V 型槽纹”。

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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