通用電氣（GE）全球研發(fā)中心日前宣布一項(xiàng)最新研究成果，有望對未來風(fēng)機(jī)葉片的設(shè)計(jì)產(chǎn)生重要影響。通過高性能計(jì)算機(jī)進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)算，GE工程師突破了之前葉片設(shè)計(jì)存在的局限性，有助于探索新的方式來重新設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)葉片，使其噪聲更低，發(fā)電量更大。
GE與位于新墨西哥州阿爾伯克基的Sandia國家實(shí)驗(yàn)室合作，主要研究風(fēng)機(jī)葉片噪聲預(yù)測方式。目前，大功率并網(wǎng)風(fēng)機(jī)的主要噪聲源自空氣動力引起的葉片噪聲，這也是風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)過程中最大的限制因素。降低葉片噪聲有助于降低風(fēng)電成本，提高發(fā)電量。事實(shí)上，GE預(yù)測，轉(zhuǎn)子噪聲降低1分貝，每臺風(fēng)機(jī)每年發(fā)電量將提高2%。預(yù)計(jì)未來五年，全球會新增近240吉瓦裝機(jī)。如果發(fā)電量提高2%，就會生產(chǎn)出5吉瓦的額外電量，足夠?yàn)榧~約、波士頓和洛杉磯三個(gè)城市的全部居民提供用電。
“毫無疑問，風(fēng)機(jī)葉片設(shè)計(jì)上最大的限制源自空氣動力學(xué)噪聲，”GE全球研發(fā)中心風(fēng)能技術(shù)平臺負(fù)責(zé)人馬克·揚(yáng)克霍夫說：“通過運(yùn)用高性能計(jì)算來改善目前用于預(yù)測葉片噪聲的工程模型，我們能打造出葉尖速更高、噪聲更低的轉(zhuǎn)子，從而提高發(fā)電量。這不僅能為消費(fèi)者節(jié)省能源開支，還會大大降低溫室氣體的排放量。”
為確保設(shè)計(jì)的風(fēng)機(jī)葉片不出現(xiàn)噪聲問題，GE的研究人員在風(fēng)洞中進(jìn)行風(fēng)機(jī)葉片的聲學(xué)測量，實(shí)地測量以確定可接受的噪聲水平，還在控制系統(tǒng)設(shè)置降噪運(yùn)行模式。有效建模有助于保持目前的低噪聲水平，同時(shí)提高發(fā)電量。
GE的測試包括運(yùn)用Sandia國家實(shí)驗(yàn)室的Red
Mesa超級計(jì)算機(jī)，運(yùn)行斯坦福大學(xué)開發(fā)的高仿真度大渦流模擬（LES）軟件，預(yù)測詳細(xì)的流體力學(xué)現(xiàn)象和風(fēng)機(jī)葉片噪聲。三個(gè)月內(nèi)，這一擾動氣流通過風(fēng)機(jī)葉片的LES仿真連續(xù)在Red
Mesa高性能計(jì)算上進(jìn)行。最終的流場預(yù)測獲得有價(jià)值的機(jī)理，可用于評估目前的工程設(shè)計(jì)模型、最能影響噪聲預(yù)測的假設(shè)、以及模型選擇的精確度和可靠性。
GE是全球風(fēng)能領(lǐng)域的市場領(lǐng)導(dǎo)者。到2012年，GE風(fēng)機(jī)全球裝機(jī)總量已經(jīng)超過20000臺，在30個(gè)國家和地區(qū)的項(xiàng)目裝機(jī)總量超過28吉瓦。在中國，GE風(fēng)機(jī)在中國的裝機(jī)總量超過1000臺。