浅析风能工程中流体力学问题的研究现状和发展

2018-08-10康帅郭祥伟

科学与财富 2018年16期

康帅郭祥伟

摘要：近些年来，我国风力发电产业的发展非常迅猛，总体的装机量和新增加的装机量早已位列全球第一，主要机器逐渐从兆瓦级向多兆瓦级发展，风力能源早已从大陆上发展到海洋上了，这些进步给风力发电的发展也带来一些新的问题。本课题将简要分析和总结当前风能工程的研究现状及所获得的成就，并对提出风电技术的缺点及纠正方法。

关键词：风力发电；流体力学；风电技术；

一、风能工程中流体力学问题的研究现状和发展

风力是无污染的环保资源，在我国将来的资源架构中具有举足轻重的作用。风能发电工程经过几十年的研究，突破了众多技术难点，让风能发电工程的投入持续降低，在能源结构中早已具有非常强的竞争力，有着广大的进步空间。

当前流体力学的关键探索内容，是全面考量各种影响因素间的互相作用，开发精确度更好的风流特性计算模型，例如风力流场模型、风尾流场模型以及风机轮特征模型等。

由于流体问题的繁琐性，较短时间内流体理论获得突破性的发展的可能几乎为零，风洞试验和环境检测指数能够对某些流体问题进行模型精确值的部分改进，对超过试验范畴的流体问题是不可能完成的。从未来的发展来说，流体力学的计算技术依然是将来发展的大方向。原因有以下两点：一是流体力学有较为广泛的应用范围。不管是风力场、海洋气流还是风力发电机的流体力场的问题，都能够用流体力学来解决。二是电脑技术的迅猛发展。作为新时代科学技术中较为新进的领域，电脑新旧交替的速率是别的科学技术所不可相比的。在国内，国防科技大学的超级计算机早就可以解出上千亿网格规模的流体力学问题。而国外，早就有解出上万亿网格规模的报告了，因此直接解决技术中出现的问题比预计的时间要早很多。

实事上，风力发电工程中流体的特征是不确定的，而且是固定存在的，源自不一样的地势形态、不一样的气候条件下风力能源的多元性，风力发电机的规划需要在这样不稳定的环境下进行。除了流体特性的不确定性以外，其他方面例如建造用料的性能指数等也具有非常大的不稳定性。对于这种牵涉众多学科且不稳定性大的体系，应采取钱学森想出的多层次工程措施来展开风电机组的规划。例如增强架构、用料和监控规划，减少流体不稳定性的消极干扰。对于特别大的风力发电机组，当前正开发一些高新的操纵技术，例如独立变桨操纵、早先变桨操纵等，利用感应流体流速的具体改变，调节叶片的夹角，让整个风力发电组越发的智能化，能够有效的减轻叶片的流体负荷。在架构和用料方面，利用弯扭耦合的流体裁剪设计，使的叶片形态改变后有主动减轻流动负荷的功能。

二、风能工程中流体力学问题的不足与措施

在国内，与航天技术方面的成绩相比较，风电方面的流体力学的探索成就就显得相对单薄了些。虽然风力发电产业的进展非常迅猛，装机总量早已位居全球之首，变成了真正意义上的风力发电大国。但风力发电的技术和能力的差别还是很大的。核心技术方面的设计仍然依靠着国外，缺少自主研发的软件。在探索方面，与国际先进的科学技术还有很大的距离，在风电力学问题的探索中还没有得到自创性的成就。一方面是因为我国在大型风力发电机组探究方面的开展比较晚，当下一直位于追随时期，另一方面是我國太关注产业化，对基础的探究投资不足，缺少专业的研发团队。

从现在的状况来看，我国在风电领域的探究有下列几个问题：

（1）生产、学习和研究间的协调不充足，高校和科研单位没能对我国风力发电产业的相关问题进行探究，探究不细致，与生产相分离，而企业却不具备解决问题的效能，不注重基础理论的探究；

（2）我国科研团队较为分散，探究课题重叠，缺少合作创造；

（3）探究结果分散且没能合理运用，造成产业的设计软件大多源自国外；

（4）缺少课题探究所需要的试验装置，技术和能力都和国外有相当大的差别，造成探究与应用水平受限。

为推进我国从风力大国朝着风力强国的发展，急需在基础力学方面的探究中增加力度，选取几个重要的基本问题，开始不断的探索，应运用以下几个方面的方法：

（1）搭建基础探究所要求的测试试验平台，例如海洋浮动式试验平台、海洋大气层及尾流特征试验平台等，推动海洋风力发电技术的进步。

（2）搭建风力发电机组研究的风洞试验测试平台，深层次地探究风力发电机流体场的机理。我国风力发电机的性能探究大多在数据处理和分析方面，试验作业非常少，因而难以获得自主性的成就，应增加试验探究的力度。

（3）加大企业和研究所的协作，激励企业增加基础探究的投资，与科研单位联合展开核心技术研究。

（4）搭建国家级试验平台，专业的研发团队，发挥产业的合作，领导国内研发成就的集合。

总之，风电行业是一个具有发展前景的行业，风电技术仍需要持续进步。我国早已是全球风电产业的重要组分，但基础技术依然落后，需要在众多方面加以改进，进而推动国内风电技术的快速发展。

参考文献：