風(fēng)能是人們所看好的、發(fā)展前景相當(dāng)可觀的可再生能源。然而，風(fēng)能也面臨著利用率或效率方面的問題，導(dǎo)致此問題的因素在于風(fēng)能自身存在的易變性。在風(fēng)速穩(wěn)定的情況下，風(fēng)力發(fā)電機的空氣動力性能表現(xiàn)極佳。然而，在遇到陣風(fēng)、湍流和風(fēng)剪流時，風(fēng)力發(fā)電機葉片的效率則會出現(xiàn)降低情況。對此，科學(xué)家在不斷努力，幫助大型風(fēng)力發(fā)電機組在不同風(fēng)力條件下提高風(fēng)能的利用率。

智能控制系統(tǒng)可大大提高風(fēng)能利用率

美國雪城大學(xué)L.C.史密斯工程和計算機學(xué)院部分研究人員正在進行這方面的研究工作。目前，他們正在測試自己開發(fā)的主動式風(fēng)流動智能控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的基本出發(fā)點是根據(jù)表面測量而估算流過葉片表面風(fēng)的狀況，然后將此信息傳遞給智能控制器，以便對葉片采取實時調(diào)整控制氣流和提高風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)的整體效率。此舉還有可能降低因流動分離而產(chǎn)生的過度噪音和葉片振動。   

參與研究的人員包括王冠南（英譯）、巴斯曼·哈迪迪和馬克·格勞澤爾，他們完成的初期仿真結(jié)果顯示，對葉片1/2半徑以外的外側(cè)板施以氣流控制，能在風(fēng)力發(fā)電機額定功率輸出相同的情況下，顯著地增大風(fēng)力發(fā)電機整體工作范圍；或者說，在相同的工作范圍，可適當(dāng)?shù)靥岣唢L(fēng)力發(fā)電機的額定輸出功率。   

研究人員認(rèn)為，在采用氣流控制后，風(fēng)力發(fā)電機的工作范圍可以有效地提高80%，額定功率輸出不變；或者將額定輸出功率增加20%，工作范圍保持不變。他們表示，最佳的氣流控制部位為葉片外側(cè)板超出半徑一半的位置。   

借助雪城大學(xué)新落成的無回聲風(fēng)洞設(shè)施，研究人員同時還在分析和了解特定的葉片形狀，以決定在氣流極其不穩(wěn)定的環(huán)境下，不同形狀的葉片在受到適當(dāng)氣流控制時，其所具有的升力和阻力特性。此外，研究人員還將利用無回聲風(fēng)洞來評估和測量氣流控制對風(fēng)力發(fā)電機噪聲頻譜的影響。   

美國能源部支持的明尼蘇達(dá)大學(xué)風(fēng)能聯(lián)盟專門從事與風(fēng)能相關(guān)的研究，雪城大學(xué)的主動風(fēng)流動智能控制系統(tǒng)研究屬于聯(lián)盟整體工作的組成部分。身為機械和航空工程教授的格勞澤爾表示，很高興能參與明尼蘇達(dá)大學(xué)牽頭的具有世界水平的風(fēng)能研究聯(lián)盟，這是將在氣流智能控制系統(tǒng)方面的專業(yè)知識用于可再生能源領(lǐng)域的極好機會。

排骨狀V形槽能將效率提高3%

在雪城大學(xué)研究人員研究風(fēng)力發(fā)電機氣流智能控制系統(tǒng)的同時，明尼蘇達(dá)大學(xué)的科研人員則在研究影響風(fēng)能效率的另外一個問題，那就是風(fēng)阻。他們在風(fēng)力發(fā)電機葉片上開鑿許多細(xì)小的凹槽了解是否能夠減少風(fēng)阻。凹槽分布在葉片表面外層上，槽身十分淺（只有40至225微米），人眼根本看不出來。通過對發(fā)電能力為2.5兆瓦的風(fēng)力發(fā)電機葉片表面進行風(fēng)洞試驗以及計算機模擬，研究人員研究了不同凹槽形狀和凹槽走向的效果。研究人員羅格·阿恩德等人相信，排骨狀 V形槽將能夠?qū)L(fēng)力發(fā)電機的效率提高3%。 

在不久前舉行的美國物理學(xué)會流體力學(xué)分部會議上，雪城大學(xué)和明尼蘇達(dá)大學(xué)的研究人員分別介紹了他們的研究情況。