#智慧的地球#系列博文:天气科学如何帮助风力发电不断发展

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http://s6/small/737e2f81gx6BZQOR9VHd5&690作者:Steve Hamm
在过去十年间,风力发电的使用得到了爆炸性发展——最初是由北美洲和西欧的需求推动的。但是,包括欧洲经济衰退和美国天然气成本较低等多个因素导致发达国家对风能的利用速度减缓。因此,新兴国家目前的增长速度不断加快。如今,在先进的天气科学的帮助下,这些国家会在减弱气候变化的影响方面扮演重要角色。
事实上,中国多风的北方河北省正在实施的一个测试项目可帮助全球为加快风能的采用而铺平道路。冀北电力公司与IBM中国研究院的科学家合作,采用新技术分析天气和风电场的运行数据,以提高在电网中使用风能的可靠性和经济性。目前为IBM工作的中国电力行业资深人士Henry Yu说:“这不仅仅是业务。它对社会以及整个人类都非常重要。”
目前,中国的电力有大约80%来自煤炭,雾霾笼罩着中国许多大城市。政府下决心采取措施改变这种现状——通过提供补助和颁布法令的形式。结果,在去年,中国超过美国而成为全球最大的风力发电用户。
但中国只是风能加速应用的一个新兴市场。巴西、墨西哥、印度以及中东和非洲都在评估技术并且建设风电场。据《风电月刊(Wind Power Monthly)》指出,墨西哥风能装机容量在去年增加了高达143%。这些国家正在寻求能源多样化、经济刺激和环境回报。
风能拥护者仍然面临着严峻的挑战。风能和太阳能是间歇性的,因此,电力公司必须将这些能源与电网中的其他能源整合。这一工作很复杂。同时,在大多数情况下,化石燃料的价格低于风能和太阳能——前提是您不考虑这种燃料对环境或公众健康的负面影响。因此,风能要想在价格方面具有竞争力,它就必须尽可能高效率、高效益地收集。
科学能够在这一方面提供帮助。思考一下风能的这些挑战,从本质上讲,这些都是业务优化的问题。电力公司可以像其他行业微调生产供应链和零售经销网络那样追踪这些能源。
IBM研究院科学家在几年前即已开始将一些最先进的天气预测技术应用到风能上。最初的项目包括在西班牙偏远的加那利群岛建立风力发电厂。另外,IBM还为全球最大的风力发电涡轮机制造商Vestas Wind Systems提供了强大的超级计算机,供该公司用于识别风电场的最佳地点,并设计风电场内各个涡轮机的布局。
现在谈一下中国河北省的项目。在中国国家电网公司的赞助下,张北700MW演示项目是世界上最大的可再生能源试验台——融合了风能、太阳能、传统能源、能源储存和输电基础设施。在该项目中,IBM科学家的目标是帮助冀北合作伙伴以最有效的方式将风能和太阳能集成到电网中。他们开发的技术解决方案称为混合可再生能源预测 (Hybrid Renewable Energy Forecasting),简称HyRef。
对于风能,风力涡轮机上的传感器监控风速、温度和方向。对于太阳能,HyRef采用天气建模、先进的云成像技术和摄像头以接近实时的方式追踪云的移动。IBM的数据分析技术能够提前一个月预测风电场的风能和太阳能的影响,或者以15分钟的间隔进行预测。这些信息可以与整个电网的运行数据结合在一起,以产生一个超级高效的系统。
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在风力发电方面,巴西有潜力成为下一个中国。据《风电月刊》指出,去年,巴西的风电装机容量增加了67%。尽管由于输电系统的不完善和融资难度,巴西的风电行业面临着挑战,但各州都在规划宏伟的风电项目。例如,巴西北部一个半干旱州——巴伊亚州希望将风能转化为巴西最近发现的深海石油等效品。该州希望不仅提供丰富的电力,而且围绕风能建立一个完整的行业。
这个行业不仅创造制造和设备安装工作岗位,而且创造大量需要高级技术的岗位。IBM巴西研究院院长Ulisses Mello说:“这会产生对于高技能劳动力的需求,包括模拟、风预测和风电场设计。所有这些就像一个雪球,创造出一个知识型经济。”
风能发挥其巨大潜力需要考虑多个要素。全球经济不景气和能源市场的波动都是不确定因素。但是,在全球范围内,政府、大学研究人员和企业都在为此提供支持。同样,新兴经济有机会在使用最新技术方面会领先于更发达的经济。竞争活力会随之激发–从地理政治角度讲。在这一方面,这对每个人都有好处。