近幾十年來，風(fēng)電已成為全球能源不可或缺的一部分。但要釋放風(fēng)能的全部潛力并滿足全球?qū)η鍧嵞茉吹男枨?，還需要更多的創(chuàng)新。來自美國(guó)、德國(guó)、丹麥、芬蘭、瑞典、西班牙和挪威的風(fēng)能專家在《科學(xué)》雜志上提出了當(dāng)今風(fēng)能研究面臨的三個(gè)最大挑戰(zhàn)。

第一個(gè)挑戰(zhàn)是要更好地了解大氣中的風(fēng)力環(huán)境。為了獲得更多的風(fēng)能，風(fēng)力渦輪機(jī)建造得越來越高，彼此之間的距離也越來越遠(yuǎn)。因此，研發(fā)人員必須了解在這些海拔高度下的風(fēng)力環(huán)境。之前，運(yùn)營(yíng)商使用簡(jiǎn)化的物理模型和簡(jiǎn)單的觀測(cè)技術(shù)，可以在一般地形中安裝風(fēng)機(jī)，但是對(duì)于復(fù)雜地形的大氣風(fēng)力知識(shí)知之甚少。如果能更精確地計(jì)算出復(fù)雜地形下的風(fēng)力條件，則可以進(jìn)一步在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上優(yōu)化風(fēng)機(jī)，將其安裝在適當(dāng)?shù)奈恢谩?/p>

第二個(gè)挑戰(zhàn)是解決巨型風(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)問題。風(fēng)力渦輪機(jī)是目前世界上最大的柔性旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其葉片長(zhǎng)度超過80米，塔架高度超過100米。相比之下風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)子所掃過的區(qū)域相當(dāng)于空客A380-800的三架最大客機(jī)的機(jī)頭。隨著風(fēng)力渦輪機(jī)變得越來越大，需要新的材料和制造工藝來解決可伸縮性、運(yùn)輸和回收問題。上一代風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)使用的許多簡(jiǎn)化條件不再有效。風(fēng)能研究人員不僅必須了解大氣，還需要評(píng)估如何同時(shí)確保結(jié)構(gòu)安全和高效發(fā)電。

第三個(gè)挑戰(zhàn)是設(shè)計(jì)和操作風(fēng)力渦輪機(jī)，使其能夠支持并提高電網(wǎng)的可靠性和彈性。來自風(fēng)能和太陽能的更高饋入將極大地改變未來的電網(wǎng)。創(chuàng)新的控制概念可以利用風(fēng)力渦輪機(jī)的特性來優(yōu)化能源產(chǎn)量，同時(shí)支持電網(wǎng)穩(wěn)定性。通過評(píng)估傳感器的測(cè)量結(jié)果，可以提高風(fēng)能產(chǎn)量，降低成本，并使操作適應(yīng)電網(wǎng)要求。為了實(shí)現(xiàn)未來的愿景，需要進(jìn)行廣泛的研究，重點(diǎn)是模擬大氣流動(dòng)，各個(gè)渦輪機(jī)動(dòng)力學(xué)以及與高級(jí)電力系統(tǒng)結(jié)合的系統(tǒng)控制。