奧地利小型風(fēng)電發(fā)展概況

文 | 庫(kù)爾特·利昂哈茨博格，莫羅·佩波洛尼編譯 | 賴雅文

奧地利小型風(fēng)電發(fā)展概況

文 | 庫(kù)爾特·利昂哈茨博格，莫羅·佩波洛尼編譯 | 賴雅文

1　小型風(fēng)電技術(shù)日益普及

近年來(lái)，小型風(fēng)電技術(shù)在奧地利越來(lái)越受到重視并日益普及。截至2015年年底，奧地利小型風(fēng)電累計(jì)總裝機(jī)容量超過(guò)1500千瓦，累計(jì)裝機(jī)臺(tái)數(shù)共330臺(tái)，機(jī)組平均功率為4.7kW。其中，功率在1kW—10kW之間的小型風(fēng)電機(jī)組占主導(dǎo)地位，裝機(jī)比例達(dá)55%；1kW及以下機(jī)組達(dá)40%；10kW以上的機(jī)組達(dá)5%。

當(dāng)前，奧地利許多農(nóng)民與工商企業(yè)出于滿足能源自給需求，對(duì)小型風(fēng)電技術(shù)表現(xiàn)出極大的興趣。同時(shí)，奧地利還出現(xiàn)了越來(lái)越多的家庭自用小型風(fēng)電項(xiàng)目。必須強(qiáng)調(diào)的是，當(dāng)小型風(fēng)電機(jī)組布置靠近或位于人口密集區(qū)，尤其是靠近或直接依附于建筑物安裝時(shí)（比如屋頂），保障其安全與可靠性至關(guān)重要。

在奧地利，“小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)”課題成功獲得了國(guó)家級(jí)科研項(xiàng)目立項(xiàng)資助。為模擬設(shè)備實(shí)際運(yùn)行條件，課題組專門(mén)在位于利希滕格（Lichteneg）的能源研究產(chǎn)業(yè)園中，成立了小型風(fēng)電研究與檢測(cè)中心，順利對(duì)13臺(tái)小型風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行了為期2年的一系列檢測(cè)、評(píng)估與分析，包括質(zhì)量評(píng)估、安全性測(cè)試與設(shè)備運(yùn)行性能檢測(cè)等。結(jié)果顯示，在設(shè)備“運(yùn)行穩(wěn)定性”與“發(fā)電量評(píng)估”方面，13臺(tái)機(jī)組中的6臺(tái)有良好或突出表現(xiàn)。值得一提的是，一些小型風(fēng)電設(shè)備制造商也積極參與此項(xiàng)目，對(duì)其已經(jīng)完成安裝的機(jī)組進(jìn)行了高效的發(fā)電量提升技術(shù)改造。

由此可以看出，通過(guò)檢測(cè)試驗(yàn)和分析手段確保設(shè)備的安全性和有效性十分必要。該項(xiàng)目結(jié)題之后，利希滕格能源研究產(chǎn)業(yè)園繼續(xù)與小型風(fēng)電機(jī)組制造商展開(kāi)合作，為其長(zhǎng)期提供產(chǎn)能評(píng)估、功率曲線測(cè)試與機(jī)組振動(dòng)監(jiān)測(cè)服務(wù)。同時(shí)，每年接待來(lái)產(chǎn)業(yè)園考察的參觀者超過(guò)1000名。

2　小型風(fēng)電與低能耗建筑

小型風(fēng)電技術(shù)具有良好的環(huán)境友好性，是實(shí)現(xiàn)《歐盟建筑能效指令》（EPBD）提出“近零能耗建筑”目標(biāo)的重要途徑。并且，目前除太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)之外，小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)也是可以實(shí)現(xiàn)靈活就近并網(wǎng)供電、避免長(zhǎng)距離輸送的少數(shù)發(fā)電方式選擇之一。

湍流強(qiáng)度是機(jī)組安裝位置的一項(xiàng)重要參數(shù)，在風(fēng)能資源評(píng)估的過(guò)程中起到不可忽視的作用，同時(shí)也是風(fēng)電機(jī)組建造和設(shè)計(jì)所依賴的主要數(shù)據(jù)來(lái)源。但是，由于缺乏項(xiàng)目實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，小型風(fēng)電機(jī)組自身運(yùn)行特點(diǎn)帶來(lái)的環(huán)境影響易被忽略，尤其是因湍流強(qiáng)度帶來(lái)的一些環(huán)境影響。項(xiàng)目前期規(guī)劃與設(shè)計(jì)，將在很大程度上影響設(shè)備發(fā)電量、故障間隔時(shí)間與故障率等關(guān)鍵性能指標(biāo)，因此，必須高度重視小型風(fēng)電機(jī)組在低能耗建筑應(yīng)用領(lǐng)域時(shí)此階段的安全性與可靠性，以及其對(duì)周圍居民工作和生活環(huán)境帶來(lái)的影響。

為持續(xù)關(guān)注并解決上述重點(diǎn)問(wèn)題，奧地利的研究學(xué)者開(kāi)展了一項(xiàng)名為“城市風(fēng)能研究”的項(xiàng)目，將在位于維也納的能源基地屋頂小型風(fēng)電項(xiàng)目（城市地區(qū)，湍流強(qiáng)度較大）和利希滕格能源研究園區(qū)（農(nóng)村地區(qū)），分別安裝兩種代表性小型風(fēng)電機(jī)組（水平軸型和垂直軸型），并對(duì)其進(jìn)行為期至少1年的測(cè)量與評(píng)估工作，深入對(duì)比剖析機(jī)組安裝位置湍流強(qiáng)度以及其對(duì)小型風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行與周圍環(huán)境帶來(lái)的影響。

此外，考慮位于維也納的能源基地所在城區(qū)建筑結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，將利用ANSYS流體模擬軟件的幾何結(jié)構(gòu)建模和網(wǎng)格剖分功能，模擬局部風(fēng)流場(chǎng)和風(fēng)壓分布；同時(shí)基于風(fēng)流CFD仿真軟件中的MISKAM代碼，對(duì)城市環(huán)境污染物擴(kuò)散進(jìn)行數(shù)值模擬與預(yù)測(cè)；根據(jù)氣象站觀測(cè)情況與遙感數(shù)據(jù)生成來(lái)風(fēng)風(fēng)速剖面圖，建立邊界層風(fēng)速隨高度變化的曲線模型；建立穩(wěn)態(tài)流體仿真模型測(cè)定主導(dǎo)風(fēng)向，以測(cè)定建筑物典型位置（屋頂）的平均湍流強(qiáng)度。同時(shí)，利用超聲波技術(shù)高精度測(cè)量風(fēng)速和風(fēng)向，對(duì)模型性能進(jìn)行評(píng)估。

圖3示出了基于ANSYS流體模擬后的初步結(jié)果——該基地距地面30米高度300°方位來(lái)風(fēng)風(fēng)速變化與湍流強(qiáng)度分布情況。如圖3所示，邊界層風(fēng)速達(dá)4.3 米/秒；而因來(lái)風(fēng)沿周邊建筑物東北邊緣分流后形成中心風(fēng)速較低的環(huán)狀渦流氣泡，小型風(fēng)電機(jī)組布機(jī)位置（用紅色圓圈標(biāo)記）風(fēng)速降至2.2米/秒。由此可知，與圖3中標(biāo)記機(jī)組布機(jī)位置相比，該基地屋頂實(shí)際機(jī)組布置方法還可以根據(jù)模擬結(jié)果提出更多方案。

值得關(guān)注的是，除開(kāi)展一系列小型風(fēng)電科研項(xiàng)目研究外，奧地利還成立了國(guó)家級(jí)工作組——由包括相關(guān)企業(yè)與行業(yè)組織在內(nèi)的25家成員單位組成，定期組織并舉辦行業(yè)會(huì)議，支撐引領(lǐng)小型風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展。