明尼苏达大学(UMN)研究人员在明尼苏达州暴风雪期间使用雪进行的首次研究，为研究人员提供了对大型风力涡轮机周围气流的新见解。该研究对于提高风能效率至关重要，特别是在风电场中，来自许多大型风力涡轮机的气流相互作用。

UMN科学与工程学院圣安东尼瀑布实验室的研究人员今天在Nature Communications上发表了这项研究。

风能是增长最快的可再生能源之一。美国能源部估计风电场的能源损失高达10-20%，并将涡轮机产生的复杂气流确定为此类损失的主要罪魁祸首。随着风力涡轮机已经发展到100多米高，现实环境中的实地研究变得更加困难。

“在实验室中，我们使用示踪粒子来测量风洞中风力涡轮机模型的气流，但我们的研究受到无法大规模测量流量的极大限制，”UMN机械工程助理教授兼首席研究员Jiarong Hong说。在研究上。“大多数研究人员认为在现实世界范围内进行此类测量是不可能的。”

在中国西南地区长大的洪，只见过几次积雪。当他在2012年搬到明尼苏达州时，他想知道雪是否可以解决他们的困境。

“我们拥有明尼苏达州所需的一切用于此项研究，”Hong说。“我们在美国能源部资助的Eolos风能研究中心拥有一个设备齐全的大型研究风力涡轮机。我们还有雪作为测量气流的颗粒物，并致力于研究人员和工程师开展这种前所未有的努力。“

经过多次以前的尝试，当雪质较差或仪器在寒冷天气中出现故障时，研究人员于2013年2月22日凌晨在暴风雪的凌晨时分前往明尼苏达州罗斯蒙特的Eolos 2.5 KW风力发电机组。 。

他们冒着半夜的恶劣条件，设置了一个大型探照灯，配备了专门设计的反射光学系统，在130米高的风力涡轮机旁边生成一个巨大的光板，用于照亮36米宽的雪粒。 36米高的区域。在夜晚的灯光下，雪更容易看到，就像一般人在路灯下看到在暴风雪中下雪了多少。当风力涡轮机旋转以显示气流模式时，研究人员对雪粒进行了录像。该视频被数字化并与来自完全仪表化的研究风力涡轮机的尾流和负载数据同步。

实验结果表明，该技术成功地测量了风力涡轮机周围气流结构的湍流。与实验室测量的相比，这是大规模显示气场中气流模式的显着差异的第一步。

“这些测量对我们提高风能效率非常重要，这将减少我们对化石燃料的依赖，”该研究的合着者兼大学圣安东尼瀑布实验室和Eolos Wind的主任Fotis Sotiropoulos说。能源研究中心。“谁曾想过我们会用明尼苏达州的暴风雪来帮助对抗全球变暖。”

除Hong和Sotiropoulos外，明尼苏达大学的其他研究人员还包括土木工程助理教授Michele Guala，机械工程博士。学生Mostafa Toloui，土木工程博士。学生Kevin Howard，机械工程系学生Sean Riley，圣安东尼瀑布实验室工程师James Tucker，前博士后研究员Leonardo Chamorro，现任伊利诺伊大学厄本那 - 香槟分校。