风能有潜力满足全球对低成本、清洁能源的需求。研究甚至表明，到2050年，风能可以提供世界一半的电力。然而，尽管风能技术在过去10年里有了很大的发展，最近一项多机构研究提出了新的建议，可以推动风能成为世界上主要的低成本电力来源之一所需的创新。
在《科学》杂志上发表的一篇论文中，一个由29名风能专家组成的国际小组，包括约翰霍普金斯大学的机械工程师查尔斯·梅纳沃，提出了三个科学上的“重大”挑战，为了充分利用风能的潜力，这些挑战必须得到解决:
- 需要改进对大气和风力发电厂流动物理的理解
- 大型风力涡轮机复杂的空气动力学、结构动力学和近海风流体动力学
- 优化风力发电厂船队并将其整合到现有和未来电力基础设施的过程尚不成熟。
为了克服这些挑战，作者建议在许多学科中开展综合性的研究项目，包括工程学、物理学、数学、大气科学和海洋学。
图片说明:查尔斯·梅纳沃
图片来源:威尔·柯克/约翰·霍普金斯大学
Meneveau说:“风能科学这门新兴学科非常吸引人，因为它涵盖了从地球物理湍流到大型机械力学等各种主题。”埃菲尔在设计以他的名字命名的埃菲尔铁塔时，使用了有关风速分布的基本知识。现在想象一下设计和建造埃菲尔铁塔
1大小、带有快速移动部件——叶片的设备所面临的挑战。这一领域的工程和科学研究的挑战是独一无二的。”
湍流直接影响风力发电机组的功率输出和可靠性，是风力发电系统面临的主要挑战。湍流增加了叶片上的非定常载荷，从而增加了故障率，但它也有助于将风电场上方的风能输送到涡轮机可以提取能量的地方，从而增加了发电量。
Meneveau的研究重点之一是模拟风电场中的紊流条件，以更好地理解大气湍流和风力涡轮机的联合作用。有了这些信息，他和他的团队开发出可以用来改进风电场设计和运营的计算模型。例如，Meneveau和他的同事以前开发了一个模型来计算大型的下一代风力发电场中涡轮机之间的最佳间距，这些发电场可能由成百上千个涡轮机组成。
关键的结论是，大规模部署风能系统将需要来自多个学科的综合见解。作者建议，更多的大学必须投资于致力于风能研究的项目，根据Meneveau的说法，这一战略已经在约翰霍普金斯大学很好的实施了。
1大小的设备和快速移动的部件的挑战。这一领域的工程和科学研究的挑战是独一无二的。”查尔斯Meneveau
“从Dennice Gayme的综合风电场控制工作、Rajat Mittal的压电风能收集、Enrique Mallada的电网整合工作、Ben Hobbs的经济优化工作，到Ben Schafer的解决塔架结构问题，约翰霍普金斯大学已经在风能领域做出了巨大的努力。”
梅内沃说，重要的是人们要明白，可再生能源不再是白日梦。他说，随着更多的研究和探索，世界有可能主要依靠风能和太阳能等可再生能源来运行。
除了Meneveau，这篇论文是由国家可再生能源实验室和其他19个组织的研究人员撰写的。NREL是美国能源部可再生能源和能效研究与开发的主要国家实验室。
在科学+技术
可再生能源，风能
新闻旨在传播有益信息，英文原版地址：https://hub.jhu.edu/2019/10/18/charles-meneveau-future-wind-energy/