康帥 郭祥偉

摘 要：近些年來，我國風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展非常迅猛，總體的裝機(jī)量和新增加的裝機(jī)量早已位列全球第一，主要機(jī)器逐漸從兆瓦級向多兆瓦級發(fā)展，風(fēng)力能源早已從大陸上發(fā)展到海洋上了，這些進(jìn)步給風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展也帶來一些新的問題。本課題將簡要分析和總結(jié)當(dāng)前風(fēng)能工程的研究現(xiàn)狀及所獲得的成就，并對提出風(fēng)電技術(shù)的缺點(diǎn)及糾正方法。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；流體力學(xué)；風(fēng)電技術(shù)；

一、風(fēng)能工程中流體力學(xué)問題的研究現(xiàn)狀和發(fā)展

風(fēng)力是無污染的環(huán)保資源，在我國將來的資源架構(gòu)中具有舉足輕重的作用。風(fēng)能發(fā)電工程經(jīng)過幾十年的研究，突破了眾多技術(shù)難點(diǎn)，讓風(fēng)能發(fā)電工程的投入持續(xù)降低，在能源結(jié)構(gòu)中早已具有非常強(qiáng)的競爭力，有著廣大的進(jìn)步空間。

當(dāng)前流體力學(xué)的關(guān)鍵探索內(nèi)容，是全面考量各種影響因素間的互相作用，開發(fā)精確度更好的風(fēng)流特性計(jì)算模型，例如風(fēng)力流場模型、風(fēng)尾流場模型以及風(fēng)機(jī)輪特征模型等。

由于流體問題的繁瑣性，較短時(shí)間內(nèi)流體理論獲得突破性的發(fā)展的可能幾乎為零， 風(fēng)洞試驗(yàn)和環(huán)境檢測指數(shù)能夠?qū)δ承┝黧w問題進(jìn)行模型精確值的部分改進(jìn)，對超過試驗(yàn)范疇的流體問題是不可能完成的。從未來的發(fā)展來說，流體力學(xué)的計(jì)算技術(shù)依然是將來發(fā)展的大方向。原因有以下兩點(diǎn)：一是流體力學(xué)有較為廣泛的應(yīng)用范圍。不管是風(fēng)力場、海洋氣流還是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的流體力場的問題，都能夠用流體力學(xué)來解決。二是電腦技術(shù)的迅猛發(fā)展。作為新時(shí)代科學(xué)技術(shù)中較為新進(jìn)的領(lǐng)域，電腦新舊交替的速率是別的科學(xué)技術(shù)所不可相比的。在國內(nèi)，國防科技大學(xué)的超級計(jì)算機(jī)早就可以解出上千億網(wǎng)格規(guī)模的流體力學(xué)問題。而國外，早就有解出上萬億網(wǎng)格規(guī)模的報(bào)告了，因此直接解決技術(shù)中出現(xiàn)的問題比預(yù)計(jì)的時(shí)間要早很多。

實(shí)事上，風(fēng)力發(fā)電工程中流體的特征是不確定的，而且是固定存在的，源自不一樣的地勢形態(tài)、不一樣的氣候條件下風(fēng)力能源的多元性，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的規(guī)劃需要在這樣不穩(wěn)定的環(huán)境下進(jìn)行。除了流體特性的不確定性以外，其他方面例如建造用料的性能指數(shù)等也具有非常大的不穩(wěn)定性。對于這種牽涉眾多學(xué)科且不穩(wěn)定性大的體系，應(yīng)采取錢學(xué)森想出的多層次工程措施來展開風(fēng)電機(jī)組的規(guī)劃。例如增強(qiáng)架構(gòu)、用料和監(jiān)控規(guī)劃，減少流體不穩(wěn)定性的消極干擾。對于特別大的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，當(dāng)前正開發(fā)一些高新的操縱技術(shù)，例如獨(dú)立變槳操縱、早先變槳操縱等，利用感應(yīng)流體流速的具體改變，調(diào)節(jié)葉片的夾角，讓整個(gè)風(fēng)力發(fā)電組越發(fā)的智能化，能夠有效的減輕葉片的流體負(fù)荷。在架構(gòu)和用料方面，利用彎扭耦合的流體裁剪設(shè)計(jì)，使的葉片形態(tài)改變后有主動(dòng)減輕流動(dòng)負(fù)荷的功能。

二、風(fēng)能工程中流體力學(xué)問題的不足與措施

在國內(nèi)，與航天技術(shù)方面的成績相比較，風(fēng)電方面的流體力學(xué)的探索成就就顯得相對單薄了些。雖然風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)的進(jìn)展非常迅猛，裝機(jī)總量早已位居全球之首，變成了真正意義上的風(fēng)力發(fā)電大國。但風(fēng)力發(fā)電的技術(shù)和能力的差別還是很大的。核心技術(shù)方面的設(shè)計(jì)仍然依靠著國外，缺少自主研發(fā)的軟件。在探索方面，與國際先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)還有很大的距離，在風(fēng)電力學(xué)問題的探索中還沒有得到自創(chuàng)性的成就。一方面是因?yàn)槲覈诖笮惋L(fēng)力發(fā)電機(jī)組探究方面的開展比較晚，當(dāng)下一直位于追隨時(shí)期，另一方面是我國太關(guān)注產(chǎn)業(yè)化，對基礎(chǔ)的探究投資不足，缺少專業(yè)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)。

從現(xiàn)在的狀況來看，我國在風(fēng)電領(lǐng)域的探究有下列幾個(gè)問題：

（1） 生產(chǎn)、學(xué)習(xí)和研究間的協(xié)調(diào)不充足，高校和科研單位沒能對我國風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)的相關(guān)問題進(jìn)行探究，探究不細(xì)致，與生產(chǎn)相分離，而企業(yè)卻不具備解決問題的效能，不注重基礎(chǔ)理論的探究；

（2） 我國科研團(tuán)隊(duì)較為分散，探究課題重疊，缺少合作創(chuàng)造；

（3） 探究結(jié)果分散且沒能合理運(yùn)用，造成產(chǎn)業(yè)的設(shè)計(jì)軟件大多源自國外；

（4） 缺少課題探究所需要的試驗(yàn)裝置，技術(shù)和能力都和國外有相當(dāng)大的差別，造成探究與應(yīng)用水平受限。

為推進(jìn)我國從風(fēng)力大國朝著風(fēng)力強(qiáng)國的發(fā)展，急需在基礎(chǔ)力學(xué)方面的探究中增加力度，選取幾個(gè)重要的基本問題，開始不斷的探索，應(yīng)運(yùn)用以下幾個(gè)方面的方法：

（1） 搭建基礎(chǔ)探究所要求的測試試驗(yàn)平臺(tái)，例如海洋浮動(dòng)式試驗(yàn)平臺(tái)、海洋大氣層及尾流特征試驗(yàn)平臺(tái)等，推動(dòng)海洋風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的進(jìn)步。

（2）搭建風(fēng)力發(fā)電機(jī)組研究的風(fēng)洞試驗(yàn)測試平臺(tái)，深層次地探究風(fēng)力發(fā)電機(jī)流體場的機(jī)理。我國風(fēng)力發(fā)電機(jī)的性能探究大多在數(shù)據(jù)處理和分析方面，試驗(yàn)作業(yè)非常少，因而難以獲得自主性的成就，應(yīng)增加試驗(yàn)探究的力度。

（3） 加大企業(yè)和研究所的協(xié)作，激勵(lì)企業(yè)增加基礎(chǔ)探究的投資，與科研單位聯(lián)合展開核心技術(shù)研究。

（4） 搭建國家級試驗(yàn)平臺(tái)，專業(yè)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，發(fā)揮產(chǎn)業(yè)的合作，領(lǐng)導(dǎo)國內(nèi)研發(fā)成就的集合。

總之，風(fēng)電行業(yè)是一個(gè)具有發(fā)展前景的行業(yè)，風(fēng)電技術(shù)仍需要持續(xù)進(jìn)步。我國早已是全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的重要組分，但基礎(chǔ)技術(shù)依然落后，需要在眾多方面加以改進(jìn)，進(jìn)而推動(dòng)國內(nèi)風(fēng)電技術(shù)的快速發(fā)展。

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