風(fēng)力監(jiān)測(cè)試驗(yàn)收集風(fēng)電數(shù)據(jù)
氣象學(xué)家拉里·博格是美國(guó)能源部西北太平洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（PNNL）的研究員，從事風(fēng)力監(jiān)測(cè)方面的工作。為了能更好地掌握風(fēng)的動(dòng)向和其他信息，博格一直在進(jìn)行各類試驗(yàn)和研究。目前，他和他的同事們正在進(jìn)行一個(gè)試驗(yàn)，即對(duì)350英尺高度的風(fēng)力狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和研究，而之前風(fēng)力監(jiān)測(cè)設(shè)備的監(jiān)測(cè)高度通常只有30英尺。博格表示，一些風(fēng)電企業(yè)可能會(huì)進(jìn)行更高區(qū)域的風(fēng)力監(jiān)測(cè)，但監(jiān)測(cè)信息業(yè)是完全保密的。而這次PNNL進(jìn)行的試驗(yàn)，得到的信息將會(huì)完全公開(kāi)。
博格說(shuō)：“目前的技術(shù)能夠幫助我們大體上預(yù)測(cè)風(fēng)的動(dòng)向，但卻無(wú)法掌握更為具體的信息，比如風(fēng)力的強(qiáng)弱和起風(fēng)的時(shí)間。而這些信息是更為重要的。因此我們才會(huì)進(jìn)行這個(gè)全新的研究項(xiàng)目。該試驗(yàn)的目的就是尋找一個(gè)更為精確、可靠的風(fēng)力監(jiān)測(cè)方法。”
據(jù)博格介紹，為了讓研究結(jié)果有助于提高風(fēng)力預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，此次試驗(yàn)選擇在位于華盛頓和俄勒岡州交界處的一處風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行。研究結(jié)果將讓風(fēng)電公司在為風(fēng)電場(chǎng)選址時(shí)更有針對(duì)性，同時(shí)也將為風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行提供更多有利信息。
這個(gè)研究項(xiàng)目從2010年11月便已啟動(dòng)。博格和他的同事們對(duì)當(dāng)?shù)仫L(fēng)力狀況的監(jiān)測(cè)將一直持續(xù)9個(gè)月。之所以選擇這段時(shí)間試驗(yàn)是由于這幾個(gè)月正是當(dāng)?shù)仫L(fēng)力最強(qiáng)勁的時(shí)候。這段時(shí)間里博格和他的同事將根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)完成在350英尺高度的風(fēng)力狀況報(bào)告。博格表示：“實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菫榱藥椭腥?，而不是只為一兩個(gè)風(fēng)電公司服務(wù)。更清晰了解每一個(gè)地區(qū)的風(fēng)力狀況，還將極大地提高風(fēng)力發(fā)電的效率。”
尖端設(shè)備助力項(xiàng)目研究
這個(gè)試驗(yàn)完成起來(lái)看似很簡(jiǎn)單，其實(shí)不然。想要得到詳細(xì)的數(shù)據(jù)，首先得將風(fēng)的“行為”都一一記錄下來(lái)。為了能夠捕捉到來(lái)無(wú)影去無(wú)蹤的風(fēng)，研究人員借助了不少最新的尖端設(shè)備。
其中一個(gè)十分重要的設(shè)備便是國(guó)家氣象局研制的新一代多普勒雷達(dá)氣象站。這個(gè)氣象站可以發(fā)出短脈沖的無(wú)線電波，這些電波在遇到大氣中的雨滴或其他微粒之后會(huì)反彈。像這樣的氣象站在美國(guó)還有很多，氣象局將這些氣象站通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接在一起。人們?cè)谔鞖忸A(yù)報(bào)中經(jīng)常看到的氣象圖便是通過(guò)這些氣象站收集的信息繪制而成的。而在此次研究中，多普勒雷達(dá)氣象站中的計(jì)算機(jī)將會(huì)分析雷達(dá)回收的信號(hào)，從而得到該地區(qū)風(fēng)力狀況的詳細(xì)信息。
為了更好地進(jìn)行試驗(yàn)，研究小組還專門設(shè)計(jì)了用來(lái)測(cè)量風(fēng)速以及風(fēng)向的裝置。這種裝置與多普勒雷達(dá)氣象站所使用的雷達(dá)有些類似，同樣可以發(fā)射出無(wú)線電波，電波會(huì)在遇到濕度和溫度變化后發(fā)生反彈。但是多普勒雷達(dá)可以通過(guò)發(fā)射一束可回旋電波來(lái)監(jiān)測(cè)天空中的情況，而研究小組所使用的裝置卻會(huì)向天空同時(shí)發(fā)出三束電波。該設(shè)備過(guò)去曾在美國(guó)能源部大氣輻射測(cè)量與氣候研究項(xiàng)目中被使用。
另外一個(gè)在試驗(yàn)中得到廣泛應(yīng)用的設(shè)備是多普勒探聲裝置。這種裝置與其他設(shè)備最大的不同之處就在于它通過(guò)聲波而不是無(wú)線電波來(lái)進(jìn)行探測(cè)。探聲裝置可以向天空發(fā)出一系列高頻率聲波，這些聲波在遇到濕度和溫度變化時(shí)同樣會(huì)發(fā)生變化并被雷達(dá)接收到。借助這類裝置，研究人員可以更好地在較低高度監(jiān)測(cè)風(fēng)力狀況。
準(zhǔn)確掌握風(fēng)力狀況意義重大
博格表示，試驗(yàn)中收集到的所有數(shù)據(jù)不僅可以幫助風(fēng)電場(chǎng)提高其發(fā)電效率，同時(shí)也能讓風(fēng)電更好地融入國(guó)家電網(wǎng)。過(guò)去類似的風(fēng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在準(zhǔn)確性上一直不太盡如人意，尤其在面對(duì)強(qiáng)風(fēng)以及伴有降雨等其他氣候現(xiàn)象時(shí)更是如此。對(duì)風(fēng)電場(chǎng)來(lái)說(shuō)，哪怕僅是微小的風(fēng)速預(yù)測(cè)偏差都將導(dǎo)致發(fā)電過(guò)程中產(chǎn)生重大問(wèn)題。從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，該試驗(yàn)對(duì)風(fēng)力發(fā)電更是具有重大意義。
如果風(fēng)電場(chǎng)得到錯(cuò)誤的風(fēng)力預(yù)測(cè)信息，那么整個(gè)系統(tǒng)將可能承受突如其來(lái)的巨大能量。為了應(yīng)對(duì)這種情況，電力部門就不得不立即轉(zhuǎn)移這些能量或者暫時(shí)關(guān)閉其他能源發(fā)電系統(tǒng)。大多數(shù)情況下，這種轉(zhuǎn)移必須在很短的時(shí)間內(nèi)完成，并且?guī)缀鯖](méi)有提前準(zhǔn)備的時(shí)間，這對(duì)整個(gè)電網(wǎng)來(lái)說(shuō)無(wú)疑是一個(gè)巨大的考驗(yàn)。當(dāng)然，不僅是突然出現(xiàn)的強(qiáng)風(fēng)會(huì)給電網(wǎng)系統(tǒng)帶來(lái)沖擊，在電網(wǎng)需要風(fēng)電場(chǎng)供電時(shí)，若風(fēng)突然停止也是一個(gè)令人頭疼的問(wèn)題。因此，如果這些突如其來(lái)的氣候變化可以提前預(yù)知，那么無(wú)論從風(fēng)電場(chǎng)還是電網(wǎng)的角度來(lái)說(shuō)，都可以提前做好準(zhǔn)備。
除了在運(yùn)行過(guò)程中可以通過(guò)更為精確的風(fēng)力預(yù)測(cè)受益，在為風(fēng)電場(chǎng)選址時(shí)，得到更為詳實(shí)的當(dāng)?shù)仫L(fēng)力信息同樣十分重要。建造一座風(fēng)電場(chǎng)通常需要巨額投資，但如果對(duì)當(dāng)?shù)仫L(fēng)力狀況沒(méi)有充分的了解，恐怕風(fēng)電投資商們心中都會(huì)沒(méi)底。不過(guò)這方面的研究目前還處在展開(kāi)階段，沒(méi)有十分成熟且有效的評(píng)估方式。
作為間歇性能源的典型代表，風(fēng)電的廣泛應(yīng)用還需解決其不夠穩(wěn)定的弱點(diǎn)。在科學(xué)家的不懈努力下，相信在不久的將來(lái)，風(fēng)電一定可以像其他能源一樣被人們完全掌控。
