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大规模 部署的风能发电厂涡轮机效率并不高

来源:时间:2016/11/17

如今,风力发 电提供了越来越多的廉价可再生能源,并已经 取得了显著的成功。但是这 种趋势能否持续几十年,以供应 越来越多的可再生能源?来自德 国耶拿的马克斯普朗克生物地球化学研究所的科学家发布的一项新研究表明,人们将 会降低大规模使用风能的预期。

小型风力发电场

那么最 多可以产生多少风能?当人们 需要越来越多的涡轮机产生更多可再生能源时,涡轮机的效率如何?这些问 题在在美国国家科学院院学报发表的一项研究中得到了解决。每个涡 轮机从风中移除能量,使得许 多在大规模运行的涡轮机应该降低大气流的风速。对于许多涡轮机来说,这种效 应延伸到每个涡轮机后面的即刻尾流,并且导致风速的降低。这种风 速降低却减少了每个涡轮机可以从风中提取的能量。

报告的 作者解释了这种减速效应。他指出,通过对 当地的风速观测以及对于小型风电场的风能的估计,发现了 其能源与气候模型的大规模估计要低得多。这个研 究报告的第一作者里伊?米勒博士解释说:“人们不 应该假设一个地区的许多风力发电机的风速保持不变,气候模 式中的恒定风速可能并不现实,而气候 模型可以模拟许多风力涡轮机对风速的影响,而观测 却能精确获知它们的效果。风速的 降低将大大降低涡轮发电的效率。通过计算,当在给 定区域中使用风能处于其最大值时,在存在 许多其它涡轮机的情况下,与单独 的涡轮机将产生的电力相比,这些大 量部署的每个涡轮机所产生的电力约为前者的20%。”

研究人 员采用了气候研究中常用的全球气候模式。他们在 全球各大洲测试了不同风能用途的情景,以了解 最多能产生多少风能。他们确 定在陆地上每平方米土地表面生产超过1.0瓦的电力的潜力只有3%-4%,而通常 情况生产的电力约为0.5瓦特每平方米。这些估 计与以前的气候模型研究相似,但是与 观测到的风速所估计相比约低10倍。这种强 烈的差异解释了气候模型模拟中的风速大约减少了40-50%。由于风 速不成比例地影响风力涡轮机的发电效率,较低的 风速导致由气候模型获得风能潜力要低得多。

马克斯 普朗克生物地球化学研究所集团领导阿克勒?科雷顿博士承认,这些风 能场景是假设的。然而,他认为 这些结果与风能的扩张间距相关。他说,“我们发 现当前陆地风电场上的风力涡轮机的间距不同,将有一 些戏剧性的效果。”科雷顿 计划研究当前风力发电场的观测结果,观察是 否具有这种效应。这种影 响意味着为了保持当今的高涡轮机效率和有利的经济性,风力涡 轮机的未来安装部署应当比现在的风力发电设备安装间距要更大。


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