隐形的风力涡轮机

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  涂层和复合材料缓解了空中交通对风力发电机的担忧。
  2009年10月,丹麦风力涡轮机公司维斯塔斯(Vestas)和英国国防承包商奎奈蒂克(QinetiQ)公司展示了第一款“隐形”的风力涡轮机叶片,这是他们对于航空雷达干扰问题——阻碍了在全世界装机容量10亿瓦的风力发电厂——的解决方法。维斯塔斯复合材料专家史蒂夫·阿普尔顿(steveAppleton)表示,公司正在测试一种完全隐形的涡轮机,并将于2010年底开始限量生产。他说:“这种技术显然——如果得到充分证明并被维斯塔斯应用——将会给我们带来竞争优势。”
  对于隐形涡轮机如何表现的疑虑——特别是当其遇到远程军用雷达时——促进了对替代解决方案的持续研究。就在10月,英国政府与位于卡尔加里(Calgary)的雷达系统制造商雷神加拿大公司(Raytheon Canada)发起了一项价值850万美元的研究项目,以使现有的空中交通控制系统能够识别和削弱来自风力发电厂的雷达信号。
  风力涡轮机干扰雷达的方法有很多。涡轮机可以反射雷达系统的微波信号,造成从雷达操作屏幕上消除飞机的阴影,并且涡轮机的信号会使屏幕凌乱。信号也总是在变化,因为叶片会随着风进行加速和减速,信号的速度达到每小时200千米。航空安全和军事当局坚持认为,造成混乱和事故隐患的可能性是实际存在的。
  这种担忧使英国超过10千兆瓦的风力发电厂停止了运行。2008年,美国国土安全部(Department of HomelandSecurity)委托杰森国防咨询小组(JASON Defense Advisory Panel)——这是由Mitre Corporation管理的一个科学和技术政策的咨询小组——进行了一项风力发电和雷达的研究。该研究确定,出于对雷达的担忧,美国当局已经停止了一些10亿瓦的风力能源的开发,并称之为“严重妨碍了国家强制执行的可持续能源的增长。”雷达担忧是美国联邦航空管理局(U.S.Federal AviationAdministration,FAA)在停止CapeWind公司在马萨诸塞州楠塔基特海峡(Nantucket Sound)安装130台涡轮机的项目最终阶段时提出的。
  由奎奈蒂克和维斯塔斯公司提供的解决方案,在一定程度上依赖于材料——类似于添加到隐形飞机上,用来吸收一些雷达信号的材料。5毫米的涂层保护了风机塔,但这种涂层将会使大型涡轮机叶片增加1200千克的质量。因此,10月,该公司在英国诺福克(Norfolk)风力发电厂的一台涡轮机上安装的44米的叶片上进行了示范,由玻璃纤维增强环氧树脂和塑料泡沫组成的两层吸收雷达信号的材料添加到叶片复合结构中。
  据阿普尔顿所说,移动雷达安装的测试表明,正如先前所预料的,与涡轮机的两片传统叶片相比,隐形叶片产生的信号强度明显较小。他预计,以后的结构测试将会确认没有净重或结构的变化,因为隐性材料只是简单地取代了符合材料中的强化纤维部分。
  阿普尔顿说,隐形技术可以适用于任何类型的风力涡轮机,并说:“任何增加的成本都将得到证实,客户可以接受。”目前不太清楚的就是,运用隐形技术可以让多大比例封闭的风力发电厂得以解放。阿普尔顿说:“每个站点的情况不同,需要评估存在什么问题以及我们的技术是否对其有帮助。”关键的因素包括使用的雷达类型、雷达发射塔的距离以及风力涡轮机的类型和分布。
  杰森报告的结论是,隐形技术在处理短波雷达方面显示出了“相当大的”潜力,但其不适用于减少美国航空安全部门使用的长波L波段雷达的干扰——该评论受到阿普尔顿的驳斥。他表示:“我们已经证明了能吸收L波段。”
  然而,英国正资助雷神公司研发另一种解决方案:利用信号处理算法来区分静止目标,比如风力涡轮机,并从空中交通控制雷达屏幕上清除它们。雷神加拿大公司总经理布莱思-史密斯(BrianSmith)说,关键在于让系统将风力涡轮机识别为假目标,不考虑其旋转叶片。史密斯说:“因为雷达在转动时,它每隔几秒钟会进行扫描,我们的解决方案将使用跟踪软件的算法,告诉系统这不是真正的飞机,因为它是静止不动的。”
  史密斯预测,到2011年,雷神公司将在短程和远程雷达系统上都装载这种算法,并将证明,它们不仅能从雷达屏幕上消除风力发电厂,而且能保留有效的静止目标,比如热气球或气象气球。他估计,将需要一年的时间把算法装入全球范围内正在运行的250台——大约占市场的40%——雷神雷达系统中。
  杰森报告提出了另一种方法来解决雷达干扰问题:用现代化的数字系统——其适合升级成如雷神公司那样的雷达——取代老旧的模拟雷达站。“目前的情况为改善美国老旧的雷达基础设施提供了一个有意义的机会——通过把阻碍了风力发电厂发展的雷达更换成新的、更灵活和更有能力的系统,特别是数字雷达硬件和现代化的计算能力。这种改进可以大大提高美国领空的安全系数。”
  美国联邦航空局同意其作为允许Cape Wind公司建造近海风力发电厂的一种方法。据说,在位于科德角(CapeCod)的美国奥蒂斯空军基地(Otis AirForce Base)增加数字雷达,该项目将涉及三分之一的雷达站,这将有助于该地区的空中交通管制者不受原先杂乱信号的影响。美国联邦航空局和CapeWind公司之间的磋商据说已经接近尾声。但据美国联邦航空局所说,价格可能达到150万~1500万美元。
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