连接风电场可以制造更可靠更便宜的电源

斯坦福大学的科学家表示，长期以来被认为与风本身一样变幻无常的风力发电可以成为稳定，可靠的电力来源，并且成本低于目前。

关键是将整个特定地理区域的风电场与输电线路连接起来，从而将农场的电力输出结合成一个强大的能源。该研究结果发表在11月出版的气象学会应用气象学和气候学期刊上。

根据该研究的作者Cristina Archer和Mark Jacobson的说法，Wind是世界上发展最快的电能源。然而，由于风是间歇性的，所以今天它不用于提供基本负荷电力。基本负荷功率是通常由发电厂不断产生的稳定且可靠的电力量，而不管电力需求如何。但是，将风电场与输电网络相互连接可以减少由风力变化引起的功率波动，并使其中的很大一部分与煤电厂的电源一致。

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“这项研究表明，如果大规模使用互联风，其三分之一或更多的能量可用于可靠的电力，剩余的间歇部分可用于运输，允许风能解决能源，气候和同时出现空气污染问题，“该研究的主要作者，斯坦福大学土木与环境工程系助理教授，卡内基研究所全球生态系研究助理教授阿切尔说。

这有点像让一群仓鼠产生你的力量，每个仓鼠都在一个带跑步机的独立笼子里。在任何时候，一些仓鼠都会睡觉或吃东西，有些仓鼠会在跑步机上跑步。如果你只有一只仓鼠，跑步机要么转动要么不转动，所以电源要么打开要么关闭。对于两只仓鼠来说，在任何给定的时间点跑步机上的几率都会更高，而且你的搅拌机运行的几率会上升。让足够多的仓鼠在一起，并且可能性非常好，至少有一些人会一直在跑步机上，开出千瓦。

所有仓鼠的组合输出将根据任何时间在跑步机上的数量而变化，但是即使不同的仓鼠在他们的个人跑步机上跳跃或跳下，也会产生一定程度的动力。这是可靠的基本负载功率。

连接的风电场将以相同的方式运行。

“这个想法是，虽然风速在某个特定地点可以保持平静，但对其他地方风速可能很高。通过将这些位置连接在一起，我们可以消除差异并大幅提升整体性能，”Archer说。

正如人们所预料的那样，并非所有地点都适用于风电场。只有强风的地方才具有经济竞争力。斯坦福大学土木与环境工程教授Archer和Jacobson在他们的研究中评估了中西部地区的19个地点，年平均风速大于每秒6.9米，高度为地面80米，轮毂高度现代风力涡轮机。现代涡轮机高80-100米，大约是30层高的建筑物，它们的叶片长70米或更长。

研究人员使用中西部19个地点2000年全年的气象局收集和质量控制的每小时风数据。他们发现，互联农场平均每年平均风电的33%和最多47%可用作可靠的基荷电力。只要满足研究中使用的最小风速和涡轮高度标准，这些百分比将适用于10个或更多风电场的任何阵列。

连接多个风电场的另一个好处是减少了所有电源从多个原点到目的地点所需的总距离。将多个风电场连接到一个公共点，然后将该点连接到一个遥远的城市，可以降低传输成本。

这就像有许多溪流和溪流连在一起形成一条流出海洋的河流一样，而不是让每条小溪都通过雕刻出自己的小河道一直流向海岸。

当功率结合在单个传输线中流动时，也会产生另一种类型的成本节省。解释Archer：假设一家电力公司想从几个独立的农场获得电力 - 每个农场的最大容量为1,500千瓦(kW) - 从中​​西部到加利福尼亚。每个农场都需要一条1,500千瓦的短输电线路到达中西部的一个公共点。然后，他们需要在公共点和加利福尼亚之间建立更大的输电线路 - 通常总容量为1,500 kW乘以连接的独立农场数量。

然而，对于地理位置分散的农场，他们不太可能同时经历足够强劲的风，同时每个产生1,500kW的最大输出。因此，可以显着降低长距离传输线的容量，而总输送功率仅有很小的损失。

连接到中西部公共点的风电场越多，可能的长途传输容量的减少就越大。

“由于长距离传输的高成本，传输容量降低20%，交付功率损失很小，这将显着降低风能成本，”Archer补充说，他计算出输出功率的降低仅为1.6%左右。

只有一个农场，长途传输容量减少20%会使输出功率减少9.8% - 而不是减少20%，因为农场并没有始终产生最大可能的输出。

Archer表示，如果和其他各自开始根据总体规划组织新风电场的选址和互连，可以平滑电力供应，减少输电需求，降低风能成本。这可能导致风能的大规模市场渗透 - 已经是最廉价的清洁可再生电力来源 - 这可能对最终解决全球变暖问题作出重大贡献，并减少城市空气污染造成的死亡。