零碳科技：分布式风能革新下一代风能系统

  风能作为一种清洁的可再次生产的能源，慢慢的受到世界各国的重视。其蕴藏量巨大，全球风能资源总量约为2.74×109兆瓦，其中可利用的风能为2×107兆瓦。

  在众多的可再次生产的能源中，风电资源是目前应用最为广泛、技术条件最完备、投资所需成本与产出比例最高的一种，随着分布式发电与供能技术的发展，风能与太阳能等可再次生产的能源作为分布式电源并网发电是必然趋势。我国风能资源分布广泛，很多地区都具备利用风能建设分布式风力发电站的优良条件。

  我国是世界上风力资源占有率最高的国家之一，同时也是世界上最早利用风能的国家之一。据资料统计，我国10 m 高度层风能资源总量为3226GW，其中陆上可开采风能总量为253GW，加上海上风力资源，我国可利用风力资源约为1000GW。如果风力资源开发率可达到60%，仅风电一项就可支撑我国现有全部电力需求。

  截至2024年6月底，全国可再次生产的能源发电装机达到16.53亿千瓦，同比增长25%，约占我国发电总装机的53.8%。水电装机4.27亿千瓦，风电装机4.67亿千瓦，太阳能发电装机7.14亿千瓦，生物质发电装机4530万千瓦。风电光伏发电合计装机(11.8亿千瓦)已超过煤电装机(11.7亿千瓦)。

  然而，分布式风能在当前的能源转型中占比有限。全球40%的太阳能装机容量来自住宅、商业和工业场所的屋顶光伏板，而分布式风能仅占风能总装机容量的1%，具有极大发展潜力。

  Eolic Wall通过创建一个突破性的、非传统的模块化风能系统来解决分布式发电中风能的缺失问题，该系统能达到与巨型风力涡轮机相同的效率水平，但只是其尺寸的一小部分。这要归功于空气动力学几何形状，它加速了风速，从相同的风能资源中获得了更多的电力，独特的磁悬浮转子最大限度地减少了摩擦，以及尖端的模块化电弧发生系统以消除几乎所有的运动部件。

  目前的研究旨在推进最先进的方法，以优化流体动力学现象中涉及的变量以及分布式发电风能系统的替代方法。具体来说，本研究提出了一种方法来优化涉及流体动力现象的变量，以增强风力发电机的性能。特别是，本研究专注于改进基于风力增强单元（设计用于在喉部区域增加风速）的收敛-发散增强型风力发电机的性能，其中将安装一个外周支承磁悬浮转子，作为分布式发电的新型风能系统的一部分。

  以往的研究大多分布在在最大化平均风速作为目标变量。相比之下，本研究将重点转向功率密度，从而获得了更有效和一致的结果。进行了数值轴对称计算流体动力学模拟，以确定这些改进的影响。创建了响应面进行参数分析，并实施了最优预测元模型以提高准确性。根据结果得出，可用功率明显提高，与非增强条件相比，平均提高高达12.5倍。

  使用平均风速作为可用功率的衡量标准是不充分的，因为其隐含的过度简化假设了线性风速分布。

  选择可用功率作为优化的目标变量更为合适，因为它考虑了非线性风速分布的影响。

  10月11日，一套由我国自主研制的长23米、重达1吨的S500型涵道式浮空风力发电系统，如同一只巨大的风筝，在荆门市漳河新区顺利升至500米高空并成功发电。

  据介绍，涵道式浮空风力发电系统是利用充氦浮空器将轻量化的发电机组升至设定高度，利用高空风力发电，再通过系留线缆将电能传输至地面的技术及装备。系统由浮空平台、发电模块、电力传输和系留线缆组成。

  此前，涵道式浮空风力发电系统最大升空高度为297米，发电功率为30千瓦，S500试飞成功打破国外团队长期保持的升空高度纪录。

  S500在大风、雨雪天气下能正常工作，可大范围的使用在应急救援、智能测绘、城市安保等领域。如地震、洪灾等发生后，它可快速升空，为现场照明、通讯供电。

  将来还会开展1000米高度及100千瓦发电功率试验，距地面600米以上的高空风能是人类还未开发利用的新能源，通过不断技术创新，还可大幅度降低浮空发电成本。

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