風力監(jiān)測試驗收集風電數(shù)據(jù)
氣象學家拉里·博格是美國能源部西北太平洋國家實驗室（PNNL）的研究員，從事風力監(jiān)測方面的工作。為了能更好地掌握風的動向和其他信息，博格一直在進行各類試驗和研究。目前，他和他的同事們正在進行一個試驗，即對350英尺高度的風力狀況進行監(jiān)測和研究，而之前風力監(jiān)測設備的監(jiān)測高度通常只有30英尺。博格表示，一些風電企業(yè)可能會進行更高區(qū)域的風力監(jiān)測，但監(jiān)測信息業(yè)是完全保密的。而這次PNNL進行的試驗，得到的信息將會完全公開。
博格說：“目前的技術能夠幫助我們大體上預測風的動向，但卻無法掌握更為具體的信息，比如風力的強弱和起風的時間。而這些信息是更為重要的。因此我們才會進行這個全新的研究項目。該試驗的目的就是尋找一個更為精確、可靠的風力監(jiān)測方法。”
據(jù)博格介紹，為了讓研究結果有助于提高風力預測的準確性，此次試驗選擇在位于華盛頓和俄勒岡州交界處的一處風電場進行。研究結果將讓風電公司在為風電場選址時更有針對性，同時也將為風電場的運行提供更多有利信息。
這個研究項目從2010年11月便已啟動。博格和他的同事們對當?shù)仫L力狀況的監(jiān)測將一直持續(xù)9個月。之所以選擇這段時間試驗是由于這幾個月正是當?shù)仫L力最強勁的時候。這段時間里博格和他的同事將根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)完成在350英尺高度的風力狀況報告。博格表示：“實驗目的是為了幫助所有人，而不是只為一兩個風電公司服務。更清晰了解每一個地區(qū)的風力狀況，還將極大地提高風力發(fā)電的效率。”
尖端設備助力項目研究
這個試驗完成起來看似很簡單，其實不然。想要得到詳細的數(shù)據(jù)，首先得將風的“行為”都一一記錄下來。為了能夠捕捉到來無影去無蹤的風，研究人員借助了不少最新的尖端設備。
其中一個十分重要的設備便是國家氣象局研制的新一代多普勒雷達氣象站。這個氣象站可以發(fā)出短脈沖的無線電波，這些電波在遇到大氣中的雨滴或其他微粒之后會反彈。像這樣的氣象站在美國還有很多，氣象局將這些氣象站通過網(wǎng)絡連接在一起。人們在天氣預報中經(jīng)?？吹降臍庀髨D便是通過這些氣象站收集的信息繪制而成的。而在此次研究中，多普勒雷達氣象站中的計算機將會分析雷達回收的信號，從而得到該地區(qū)風力狀況的詳細信息。
為了更好地進行試驗，研究小組還專門設計了用來測量風速以及風向的裝置。這種裝置與多普勒雷達氣象站所使用的雷達有些類似，同樣可以發(fā)射出無線電波，電波會在遇到濕度和溫度變化后發(fā)生反彈。但是多普勒雷達可以通過發(fā)射一束可回旋電波來監(jiān)測天空中的情況，而研究小組所使用的裝置卻會向天空同時發(fā)出三束電波。該設備過去曾在美國能源部大氣輻射測量與氣候研究項目中被使用。
另外一個在試驗中得到廣泛應用的設備是多普勒探聲裝置。這種裝置與其他設備最大的不同之處就在于它通過聲波而不是無線電波來進行探測。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同樣會發(fā)生變化并被雷達接收到。借助這類裝置，研究人員可以更好地在較低高度監(jiān)測風力狀況。
準確掌握風力狀況意義重大
博格表示，試驗中收集到的所有數(shù)據(jù)不僅可以幫助風電場提高其發(fā)電效率，同時也能讓風電更好地融入國家電網(wǎng)。過去類似的風力監(jiān)測系統(tǒng)在準確性上一直不太盡如人意，尤其在面對強風以及伴有降雨等其他氣候現(xiàn)象時更是如此。對風電場來說，哪怕僅是微小的風速預測偏差都將導致發(fā)電過程中產(chǎn)生重大問題。從這個角度來說，該試驗對風力發(fā)電更是具有重大意義。
如果風電場得到錯誤的風力預測信息，那么整個系統(tǒng)將可能承受突如其來的巨大能量。為了應對這種情況，電力部門就不得不立即轉移這些能量或者暫時關閉其他能源發(fā)電系統(tǒng)。大多數(shù)情況下，這種轉移必須在很短的時間內(nèi)完成，并且?guī)缀鯖]有提前準備的時間，這對整個電網(wǎng)來說無疑是一個巨大的考驗。當然，不僅是突然出現(xiàn)的強風會給電網(wǎng)系統(tǒng)帶來沖擊，在電網(wǎng)需要風電場供電時，若風突然停止也是一個令人頭疼的問題。因此，如果這些突如其來的氣候變化可以提前預知，那么無論從風電場還是電網(wǎng)的角度來說，都可以提前做好準備。
除了在運行過程中可以通過更為精確的風力預測受益，在為風電場選址時，得到更為詳實的當?shù)仫L力信息同樣十分重要。建造一座風電場通常需要巨額投資，但如果對當?shù)仫L力狀況沒有充分的了解，恐怕風電投資商們心中都會沒底。不過這方面的研究目前還處在展開階段，沒有十分成熟且有效的評估方式。
作為間歇性能源的典型代表，風電的廣泛應用還需解決其不夠穩(wěn)定的弱點。在科學家的不懈努力下，相信在不久的將來，風電一定可以像其他能源一樣被人們完全掌控。
