山脉、植披、河川、建筑等因素都会影响风的流动,因此陆上风电发电量无法单纯以传统的气象预报来预测,对此美国与欧洲科学家决定携手开发新型测风仪器,希望透过研究复杂地形与小尺度大气流动,进一步提高风能发电量。
风场营运并非易事,不是放在那边让它们转就好,为了让风力发电机以最高效率发挥应有的功能,通常电力公司会在 6 小时前进行气象预测,电网才能依据风场发电量预报来平衡供电,避免出现难以负荷或是供电不足的情形,然而科学家发现,气象预报与现场状况准确率只有 40% 到 50%,对风场营运百害而无一利。
过去的气象预报研究主要瞄准水平范围 1 公里以内的中尺度天气系统,但随着近年来观测技术的进步以及数值模式的广泛应用,科学家发现剧烈的天气变化仅限于中小尺度的范畴,又会受到地形与环境影响,若要再深入研究空气污染、污染物扩散与聚集、航太、风力发电,还得提高气象预报的精准度。
对此,“Perdigão 风图计划”应运而生,美国圣母大学(University of Notre Dame)、葡萄牙波多大学(University of Porto)等团队研究范围 100 米以内的微尺度(microscale)气象,希望能借此改善现场风力预测跟电网供电规划,并进一步帮助风力发电开发商选址与营运。
团队 2017 年开始在葡萄牙 Perdigao 山脊进行测试,除了装置搭载 54 个仪器的气象杆,测量风速、方向、湿度、温度,还用 22 个激光光达仪器研究三维的小尺度风场,善加利用现场呼呼咆啸的山风与陡峭山谷来研究风的流动。
丹麦技术大学风能研究人员 Jakob Mann 表示,一旦风速出现 10% 变动,风能发电量就会出现 ± 30% 的差异,风机装置尤其容易受到丘陵、森林等地形与环境影响。因此若该研究有成,将有助于提高风力发电的效率。
风电为各国不容小觑的绿电主力,提高风能供电效率对民生与企业用电都大有裨益,以 2017 年的数据来看,美国电力来源 6.3% 为风力发电,欧盟的风电占比则达 11.6%,再加上,Perdigo 风图计划的益处也不仅如此,或许也可以进一步改善山谷微粒沉积的研究,或是最佳化无人机和飞机在山谷的导航技术。
目前研究已发表在《Bulletin of the American Meteorological Society》。
- Study aims to improve capturing wind power for energy production
- World’s largest wind-mapping project spins up in Portugal
- Perdigão
(首图来源:圣母大学)