2023 年 6 月 23 日

 

到 2032 年，所有聯邦州都有法律義務指定其 2% 的面積用於風能。如果沒有深入的研究以及科學與工業之間的密切合作，這些目標將很難實現。在接受采訪時，博士。德國航空航天中心 (DLR) 的 Michaela Herr 深入了解了這一過程中面臨的挑戰和潛力。

 

• 就風能而言，通過研究仍然可以在效率、經濟性和噪音開發方面取得重大改進。
• 在接受采訪時，DLR 專家 Dr. Michaela Herr 洞察了未來風能研究將更加關注哪些方面。
• 這項研究產生的新技術將為進一步提高風電的接受度做出決定性貢獻。
• 重點：能源、風能、技術轉讓

 

2022年，德國四分之一的電力來自風能。風能是僅次於煤炭的第二重要能源。到2030年底，德國將安裝總輸出功率為115吉瓦的陸上風力渦輪機。目前接近60吉瓦。到 2032 年，所有聯邦州都有法律義務指定其 2% 的面積用於風能。除了建設新系統外，重點還應放在“重新供電”措施上：即用更強大的系統替換舊的風力渦輪機。如果沒有深入的研究以及科學與工業之間的密切合作，這些目標將很難實現。在接受采訪時，博士。德國航空航天中心 (DLR) 的 Michaela Herr 深入了解了這一過程中面臨的挑戰和潛力。

Michaela Herr 已擔任不倫瑞克 DLR 空氣動力學和流動技術研究所新成立的風能部門負責人一年。這位研究生技術生物學家二十年前來到德國航天中心完成她的博士論文，並獲得了氣動聲學主題的博士學位。該區域處理空氣動力產生的噪音，即由部件周圍或通過部件的流動產生的噪音。如果您知道這些噪音是如何產生和傳播的，您就可以更好地預防它們 - 例如減少飛機、車輛或風力渦輪機的噪音。風能研究一直是 Michaela Herr 最喜歡的話題之一。作為一名研究人員，她堅信許多新技術發現仍有待在她的領域被發現並付諸實踐。

 

風能領域還有什麼可研究的？

博士 米凱拉·赫爾：風能還遠未被“探索”。相反：我們只是處於許多問題的開始。就其基本形狀而言，未來大型風力渦輪機看起來不會有太大不同。然而，它們將變得更智能、更智能地控制——從單個組件到復雜的園區及其與網絡的集成。風電場的運營仍有很大的改進潛力。為了在這些問題上取得進展，我們需要更多的專業知識，包括使用傳感器和數字模型監控操作。此外，系統變得越來越高、越來越大。這是通過對新材料和生產方法的研究而實現的。同時，我們希望將風力渦輪機定位得更緊密 以便更好地利用現有領域並優化開發新領域。為此，我們需要了解系統如何相互影響以及它們如何與有時非常不同的當地條件相互作用。

 

研究如何有助於進一步提高風能的社會接受度？

Herr：根據Forsa 的一項調查，對陸上風能擴張的接受度已經高達 80% 左右。鑑於未來幾年計劃進行的大規模擴張，保持這種狀態很重要。為此，必須通過早期、科學合理和透明的溝通，讓正在建設新工廠的人們參與進來。

風力渦輪機產生的噪音通常是一個關鍵點。根據我的研究，我知道有很多方法可以進一步減少這些噪音排放。今天的標準是使用所謂的鋸齒。這些是轉子葉片上的鋸齒狀後緣。它們可以減少聲音的來源。系統控制也有一定的餘地，可以使運行更安靜、更高效。惱人噪音的感知程度取決於音量，還取決於聲音傳入點（即您所在的位置）的類型。隨著轉子葉片旋轉而隨時間波動的聲音比持續的嘶嘶聲更令人不安。為了能夠更好地預測聲音從起源點（聲音發射）到傳播點的傳播，地形，

為了使此類研究取得成功，我們需要更好地了解整個風能。在德國航空航天中心，我們建立了跨學科的風能研究：無論是空氣動力學、氣動聲學、氣動彈性、大氣物理學、能源系統分析、材料和生產技術、傳感器技術或軟件、控制和調節技術——所有領域都協同工作。我們的目標是以基於數據和系統的方式進行風能研究。然後，我們可以反過來更好地針對特定地點進行陳述，並開發個性化的解決方案，使風能在各自地點的背景下盡可能高效和安靜。

 

DLR 的 WiValdi 風能研究園將在其中發揮什麼作用？

Herr： WiValdi能夠在真實環境條件下進行全面研究——這對科學和工業來說是一個獨特的機會。縮寫 WiValdi 代表風驗證。基於科學方法，我們希望盡可能精確地描述物理關係，並在實驗中確認模型假設，即驗證它們。為此，我們考慮了較長時間內的各種流動過程：從大氣到轉子葉片周圍的最小湍流。通過將這些實驗數據與我們的模擬相結合，我們獲得了盡可能多的知識，從而能夠在未來規劃和建設更好的風電場。

在音樂中，個別樂器聽起來很美。但只有與其他人合作才能充分發揮其作用。這同樣適用於在 WiValdi 研究園中共同工作的各個研究學科，以便將風力發電作為一個整體系統來理解。從地基到150米高的葉片尖端，研究園的所有組成部分都配備了眾多傳感器。例如，它們可以測量溫度、濕度、風速、壓力和轉子葉片上的最小變形，從而生成大量數據。此外，德國航天中心還在施工開始前進行了測量，以收集比較值。研究園除了擁有大量採用最新測量技術的儀器外，其結構也很特別：兩台大型風力渦輪機沿著盛行風的方向並排排列。今天的商業風電場不會以這種方式規劃，因為第二個渦輪機正好位於第一個渦輪機後面，並且必須應對非常湍流的空氣。但這正是我們作為研究人員感興趣的地方。這是我們第一次能夠真正大規模地調查這個星座到底發生了什麼。然後，我們將更好地了解您將來可以將系統放置在多近的位置，更好地利用可用空間並仍然實現高水平的效率。這是我們第一次能夠真正大規模地調查這個星座到底發生了什麼。然後，我們將更好地了解您將來可以將系統放置在多近的位置，更好地利用可用空間並仍然實現高水平的效率。這是我們第一次能夠真正大規模地調查這個星座到底發生了什麼。然後，我們將更好地了解您將來可以將系統放置在多近的位置，更好地利用可用空間並仍然實現高水平的效率。

 

研究和工業如何在風電領域合作？

Herr：在 DLR，我們與許多公司合作開展許多項目。在風能領域，這包括所有主要的歐洲製造商和許多供應商。例如，我們一起設計和測試轉子技術。其中包括更高效、更安靜的轉子葉片輪廓或可以改裝以更好地控制流量、噪音和負載的措施。我們還致力於改進數值和實驗方法。在這種合作中，重要的是具體的開發視角——我們常常對這種專業知識融入公司流程的速度感到驚訝。我們正在與Enercon密切合作建立 DLR WiValdi 風能研究園，風能領域的領先製造商之一。園區內的兩台大型風力發電機也來自那裡。DLR 團隊已經參與了這些系統的轉子葉片的生產，並將廣泛的研究儀器直接安裝到轉子葉片中。這樣的合作可以讓雙方對彼此的工作有深入的了解，並且需要相互信任。

 

風能領域的科研與產業合作面臨哪些挑戰？

Herr：目前最大的挑戰是製造商面臨巨大的成本和競爭壓力，這使得長期研究項目幾乎沒有空間。因為目前，風力發電首先必須滿足的一個條件是：價格便宜。DLR 的風能研究為製造商和運營商提供支持。因為許多研究問題對於個別公司來說財務風險太大，並且在當前的市場和框架條件下進行研究並不有利可圖。

尚未定價的還有可持續性、德國和歐洲的技術發展以及國內地點的相關強化，以及盡可能靠近該地點的可靠發電等方面。在此背景下，我們應該關注美國和中國正在發生的事情。因為在那裡您可以觀察到風能領域非常活躍的發展。

 

您如何評估風箏和垂直軸風力渦輪機等概念，它們在形狀和外觀上與以前的渦輪機不同？

先生：我可以在較小的公園和特殊市場的背景下很好地想像這些概念。機載風力渦輪機需要大量的上方空間，因為它們使用遠高於 200 米的高能且持續的高空風。在人口稠密地區和飛行頻繁的空域，這在審批實踐中可能會很困難。龍在不太發達、難以進入且有足夠空間的地區很有趣。這種系統的構建可以廉價地實現，幾乎不需要對自然界的干預。

在為當地能源供應提供更小型、自給自足的解決方案方面，垂直軸風力渦輪機可以發揮越來越大的作用。例如，它們還可以用於不適合大型傳統風力渦輪機的位置。除了光伏發電之外，它們還可以通過巧妙的集成，為較小的建築區或企業提供額外的電力。小型風力渦輪機的安裝和操作簡單且經濟實惠，因此對個人來說也很有趣。無論是小規模還是大規模，都是如此：位置的安排和選擇對於效率至關重要。

 

[照片]

克魯門代希 WiValdi 風能研究園

作為一個獨特的大型研究設施，DLR WiValdi 研究園能夠在現實條件下實現原始規模的科學研究。它對工業和科學都開放。