未来风能的发电比例将进一步提升，但是同时，如何克服风力发电中风能的不稳定性、加大风机在不同地形环境的应用，这将决定风电能否实现进一步大发展。近日，美国科学家对风机的进一步利用和优化有了新研究。

　　风力大小有望得到预测

　　风能的不确定性使其在保持发电量和负荷量的平衡上存在一定的问题，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室与AWS Truepower公司的研究有望解决这一问题，目前他们正计划开发一个软件，使工作人员能掌握风力强度并对风力进行预测，以有效做出下一步行动。

　　事实上，在天气恶劣的情况下，人们需要对风力做出准确预测，因为风速可能在短期内陡增或陡降，这将直接影响发电量。劳伦斯利弗莫尔国家实验室研究院坎德里拉·卡玛斯表示：“我们正在预测任意时段的风能大小。我们的目标就是让控制室的工作人员能预测到风力骤变的时间，以及对风电场的影响。”

　　该项目被称作WindSENSE，是由美国能源部能效与可再生能源办公室资助。坎德里拉·卡玛斯利用位于加州及俄勒冈州两个风电场的数据来研究。其中一个风电场目前发电量为700兆瓦，即将提高到3000兆瓦，另一个风电场目前发电量为3000兆瓦。“我们对风力骤变的天气情况进行了分析，这些数据能减少工作人员的信息收集工作。未来风电并网比例将上升，我们有必要更好掌握风速。做好风力预测特别关键，因为风能大小直接导致发电量变动。”坎德里拉·卡玛斯表示。

　　AWS Truepower公司负责人约翰·扎克表示：“对风机周边风力大小的观测是WindSENSE项目的一部分，通过整合运算和监测能有效给出预测风力大小的最佳地点。新开发的软件工具能为工作人员及时提供信息。”

　　据悉，在特定地点观测风力变速的意义很大，因为这能及时作用于风力发电。WindSENSE项目主要是确定风电场的选址，同时选定更为合适的感应器，能在更短时间内有效预测风力。该研究团队利用了灵敏度分析方式对风电场选址和风力变速进行分析。约翰·扎克说：“我们希望通过分析历史数据以及最新数据来解决风力发电的障碍，这样我们能提高操作室工作人员作业的准确性。我们能更好了解风力发电的特性。”

　　丘陵地区风机效率提高

　　美国爱荷华州立大学对风机在山区、丘陵等复杂地形的应用展开研究，希望未来能进一步拓宽风力发电的地域。美国爱荷华州立大学航空航天工程副教授胡辉是该研究项目的主要负责人。据悉，该研究小组目前制作了不少风机模型，以帮助其更好了解丘陵、河谷和风机位置如何影响风电场发电。

　　胡辉表示：“虽然目前关于海上风机的性能已经有不少数据，欧洲对此的研究尤为全面，但是其都是基于平静的水面，对于地表崎岖地段，目前并没有详细数据说明这会对风机造成何种影响。我和我的研究小组通过创造这种微型风机来进行测试，我们将在爱荷华州造价125万美元的空气动力学阵风隧道中进行测试。我们希望能联合风机行业，将我们的发现真正拓展到商业阶段。新研究将协助风力采集，另外还有望延长风力涡轮机的寿命，使它们更高效。”

　　据悉，该项目获得的研究资金包括来自美国国家科学基金会、一项为期三年的30万美元的拨款和来自爱荷华州风力创新和新开发联盟、一项为期两年的10万美元拨款。该研究团队除了胡辉外，还包括爱荷华州立大学理查德教授，航空航天工程学院教授万斯和阿琳科夫，爱荷华州风力模拟和测试实验室主任杨紫峰，前爱荷华州立大学博士后研究员、现俄亥俄州代顿的莱特州立大学助理教授、航空航天工程博士后副研究员田威及航空航天工程的研究生艾哈迈德。

　　目前，研究人员正利用风洞进行测试，通过量化风经过丘陵地形时的特点，来确定丘陵地形风力涡轮机的最佳位置，并开发出最佳设计方案，优化丘陵地形的大型风电场建设。所进行的实验包括：小型发电机装在微型涡轮机舱的功率；在微型涡轮机基座安装传感器，测量涡轮机和发电机塔架上的风力负载；测量风漩涡及测量叶片捕获的总体风能。

　　胡辉表示，初步结果表明，丘陵地形的风轮机受到的风荷载冲击比平地风机大很多。此外，与平地上的涡轮机相比，风力流过丘陵地形时对发电量影响较小。风洞数据表明，在丘陵地形，你可以把风力发电机组放得更近一些，因为地形特点不同，这将有效提高发电量。

　　11月份，胡辉在《可视化杂志》网站上发表了第一篇论文讨论风力涡轮机研究，题为《图示说明有梢尾漩涡的风轮机尾流》。在美国航空和航天研究所2011年6月举行的应用空气动力学会议上，研究人员也对此有所介绍。该项目计划制成9个涡轮机的矩阵，在爱荷华州大风洞中研究微型风力发电场的电力生产和风流量。

　　胡辉称，实验数据很有价值，因为美国在建的风电场越来越多。这些研究告诉了我们之前不知道的一些事情，它可以帮助我们优化风机的布局。