近幾十年來，風電已成為全球能源不可或缺的一部分。但要釋放風能的全部潛力并滿足全球?qū)η鍧嵞茉吹男枨螅€需要更多的創(chuàng)新。來自美國、德國、丹麥、芬蘭、瑞典、西班牙和挪威的風能專家在《科學》雜志上提出了當今風能研究面臨的三個最大挑戰(zhàn)。

第一個挑戰(zhàn)是要更好地了解大氣中的風力環(huán)境。為了獲得更多的風能，風力渦輪機建造得越來越高，彼此之間的距離也越來越遠。因此，研發(fā)人員必須了解在這些海拔高度下的風力環(huán)境。之前，運營商使用簡化的物理模型和簡單的觀測技術(shù)，可以在一般地形中安裝風機，但是對于復雜地形的大氣風力知識知之甚少。如果能更精確地計算出復雜地形下的風力條件，則可以進一步在經(jīng)濟和技術(shù)上優(yōu)化風機，將其安裝在適當?shù)奈恢谩?/p>

第二個挑戰(zhàn)是解決巨型風機的旋轉(zhuǎn)機械結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)動力學問題。風力渦輪機是目前世界上最大的柔性旋轉(zhuǎn)機械，其葉片長度超過80米，塔架高度超過100米。相比之下風機的轉(zhuǎn)子所掃過的區(qū)域相當于空客A380-800的三架最大客機的機頭。隨著風力渦輪機變得越來越大，需要新的材料和制造工藝來解決可伸縮性、運輸和回收問題。上一代風力渦輪機設(shè)計時使用的許多簡化條件不再有效。風能研究人員不僅必須了解大氣，還需要評估如何同時確保結(jié)構(gòu)安全和高效發(fā)電。

第三個挑戰(zhàn)是設(shè)計和操作風力渦輪機，使其能夠支持并提高電網(wǎng)的可靠性和彈性。來自風能和太陽能的更高饋入將極大地改變未來的電網(wǎng)。創(chuàng)新的控制概念可以利用風力渦輪機的特性來優(yōu)化能源產(chǎn)量，同時支持電網(wǎng)穩(wěn)定性。通過評估傳感器的測量結(jié)果，可以提高風能產(chǎn)量，降低成本，并使操作適應(yīng)電網(wǎng)要求。為了實現(xiàn)未來的愿景，需要進行廣泛的研究，重點是模擬大氣流動，各個渦輪機動力學以及與高級電力系統(tǒng)結(jié)合的系統(tǒng)控制。