葡萄牙實施全球最大風圖譜計劃—新聞—科學網

2021-01-08 科學網
葡萄牙實施全球最大風圖譜計劃 有助改進大氣模型 促進風電產業發展

 

技術人員正在安裝傳感器。圖片來源：smart-box.pt

本報訊 位於葡萄牙東部的一個山風呼嘯的峽谷中如今布滿了機器。蹲伏的白色貨櫃緊盯著山腰，掃描雷射器橫跨長滿桉樹的陡坡，裝載著科學儀器的高塔直指100米的天空。

而看守在這裡的國際團隊將在未來5個月中測量吹過這裡的狂風的一切信息。一個史無前例的氣象設備陣列將為世界最詳細的風圖譜計劃研究風的速度、方向和其他特徵。其目標是闡明複雜地形上風場的基本特性，幫助研究人員改進大氣計算機模型，同時使工程師們能夠確定將風力渦輪機安裝在何處可以獲取最多的能量。

這項被稱為Perdigo的計劃的最終結果也應該可以改進空氣汙染如何在山谷中沉積的模型，並幫助無人駕駛飛機和飛機在多風的山區地形中導航。

並未參與該計劃的美國紐約州伊薩卡市康奈爾大學大氣科學家Sara Pryor表示：「在了解大氣物理學以及如何優化使用風能方面，這將是一次完全的轉變。」他說：「它是絕妙的。」

通過將測試的風流模型與Perdigao計劃的詳細數據進行比較，研究人員能夠把他們的發現應用在其他地方。加利福尼亞州勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室氣象學家Sonia Wharton表示：「經驗教訓將轉化為對於大氣模型的改善，從而為整個風能產業服務。」

歐洲總能源中有11%來自於風能。但哥本哈根丹麥科技大學風能研究人員Jakob Mann表示，僅僅10%的風速變化就可以改變高達30%的能量產出。而在丘陵或森林地區的損失是最大的。

Mann領導的斥資1400萬歐元的新歐洲風地圖計劃集合了葡萄牙的風圖譜研究和實驗項目，目前是全世界此類研究中規模最大的。

該項目負責人、葡萄牙波爾圖大學風能專家José Laginha Palma表示，Perdigao研究團隊在2015年進行的一個試點實驗發現，一個山脊的湍流順風會影響下一個山脊的風模式——這種細節能夠用於改善大氣流動模型。

這樣的模型通常依賴於上世紀80年代在英國Askervein的一座小山上進行的更簡單的野外試驗所獲得的結果。Palma說：「我們將更新和替換30年前的數據。」

葡萄牙具有發達的風能產業，並且Perdigao山脊已經擁有了一部渦輪機。大部分的科研裝備已經啟動並正在運行，研究人員將在2月安裝剩餘的設備。它們包括54個配備了儀器的桅杆，用於測量風的速度、方向、溫度、溼度以及其他因素的影響，即在沿著以及垂直於山脊的方向每秒鐘測量20次。同時22種儀器將利用雷射雷達技術在三維尺度上研究小尺度風場。

印第安納州聖母大學流體動力學工程師Harindra Fernando指出，許多研究都著眼於在1公裡的規模上研究風模式，但Perdigao實驗是第一個將大規模風圖譜縮小至100米~500米解析度的項目。

Fernando是從事Perdigo計劃的美國研究人員的聯合負責人，美國國家科學基金會向他們提供了340萬美元的資金。Fernando說：「我們正在試圖做的是在世界任何地方都能夠『便攜』使用的東西。」

風能是指空氣流動所產生的動能。它是太陽能的一種轉化形式。由於太陽輻射造成地球表面各部分受熱不均勻，引起大氣層中壓力分布不平衡，在水平氣壓梯度的作用下，空氣沿水平方向運動形成風。風能資源的總儲量非常巨大。風能是可再生的清潔能源，儲量大、分布廣，但它的能量密度低，並且不穩定。在一定的技術條件下，風能可作為一種重要的能源得到開發利用。風能利用是綜合性的工程技術，通過風力機將風的動能轉化成機械能、電能和熱能等。（趙熙熙）

《中國科學報》 (2017-02-16 第2版 國際)

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