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   收集風(fēng)能看起來是一個(gè)很直接、簡單的過程：風(fēng)吹過渦輪機(jī)葉片，推動(dòng)它旋轉(zhuǎn)；隨后，渦輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。但現(xiàn)實(shí)中，事情并非如此簡單。風(fēng)力發(fā)電機(jī)必須安裝在風(fēng)力較強(qiáng)的地區(qū)，但如果安裝角度不合適，未能對準(zhǔn)風(fēng)力最強(qiáng)的方向，發(fā)電機(jī)就有可能會(huì)被損壞，甚至徹底報(bào)銷。因此，調(diào)整渦輪機(jī)的角度，讓葉片在采集最強(qiáng)風(fēng)力的同時(shí)不被破壞，是渦輪機(jī)管理的一個(gè)普通卻很重要的環(huán)節(jié)。日前，丹麥科技大學(xué)Risoe國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室的米克爾森教授與他的同事正在開發(fā)一項(xiàng)技術(shù)，讓發(fā)電機(jī)能夠迎風(fēng)檢測到風(fēng)的來向，并適當(dāng)調(diào)整葉片的位置，從而使渦輪機(jī)的角度調(diào)適過程能更輕易完成。

　　該新方法的基礎(chǔ)是一項(xiàng)名為“激光探索及測距系統(tǒng)”（Lidar）的技術(shù)。Lidar的原理與雷達(dá)相似，不過雷達(dá)發(fā)射無線電波，而Lidar則依賴電磁波。Lidar發(fā)射電磁波后，電磁波遇到障礙物會(huì)彈回，通過分析彈回的電磁波，Lidar便能確認(rèn)前方障礙物的性質(zhì)。研究人員介紹，無線電波波長較長，只有在遇到體積較大的障礙物時(shí)才能反彈。而電磁波波長更短，能被更小的物體彈回，更為敏感。關(guān)鍵的是，Lidar電磁波能被自然界中的微小顆粒，如水滴、灰塵、花粉等反射，而這些小顆粒一般都隨風(fēng)漂流，能精確反應(yīng)風(fēng)力強(qiáng)度、風(fēng)向等信息。

　　米克爾森指出，使用Lidar能對來風(fēng)進(jìn)行檢測，在它到達(dá)渦輪機(jī)之前知道它的關(guān)鍵信息。試驗(yàn)中，研究人員將Lidar設(shè)備置于一座高120米的風(fēng)力渦輪機(jī)的底座。結(jié)果證明，Lidar通過釋放波長為1.55微米的紅外線，檢測到了來風(fēng)信息。反射回來的光波粒子則由專門裝置接收，該裝置對光十分敏感，能夠感應(yīng)到單個(gè)光子的能量。Lidar測量到的4組風(fēng)力數(shù)據(jù)距渦輪機(jī)100至200米，分別離地面40米、60米、80米、100米。隨后，這4組數(shù)據(jù)與杯形風(fēng)力計(jì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比分析，以便對Lidar進(jìn)行校準(zhǔn)。杯形風(fēng)力計(jì)在風(fēng)到達(dá)后才能收集數(shù)據(jù)，因此較精確。完成校準(zhǔn)后，對Lidar數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的計(jì)算機(jī)將與調(diào)整渦輪機(jī)葉片角度的發(fā)動(dòng)機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)能量捕捉的最大化。

　　該研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，他們雖獲得了離地面所有高度風(fēng)的精確數(shù)據(jù)，但同時(shí)也意識到，將測量儀安裝在地面上遠(yuǎn)不能使測量最理想化，因?yàn)榘惭b在地面的Lidar所發(fā)射的電磁波會(huì)形成一個(gè)以地表發(fā)射器為中心的圓錐體。通過研究圓錐體，研究人員能得到距渦輪機(jī)200米以外的風(fēng)速信息，但當(dāng)風(fēng)離渦輪機(jī)不足200米時(shí)，便不再能捕捉風(fēng)力變化的情況。因此，研究人員提出，Lidar系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)安裝于渦輪機(jī)的中部，即距地面60米的高空。

　　但如果要將Lidar安裝在渦輪機(jī)中部，便會(huì)遇到兩個(gè)問題。首先，渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生離心力，使光的運(yùn)行軌跡偏離直線。為了克服這一困難，研究人員將Lidar裝置重新“定位”的同時(shí)安裝了新光導(dǎo)纖維系統(tǒng)，使用鏡面指引紅外線的方向。完成改裝后，渦輪機(jī)中部就像一個(gè)滾筒烘衣機(jī)，光通過電纜傳播的，便不會(huì)再偏離直線了。

　　其次，發(fā)電機(jī)的電流有可能對該裝置造成干擾。Lidar系統(tǒng)中的探測器十分敏感，特別容易被其他電流欺騙。為解決這一問題，研究人員將Lidar包裹在可屏蔽電流的物質(zhì)內(nèi)，并將過剩電流導(dǎo)向了地面。

　　經(jīng)過這些改造以后，風(fēng)力渦輪機(jī)的效率能提高5%，一個(gè)功率為4萬千瓦的渦輪機(jī)每年就能因此節(jié)省3.8萬美元。此外，渦輪機(jī)葉片和發(fā)電機(jī)的使用壽命將變長，也能省下一大筆開支。