通用電氣（GE）全球研發(fā)中心日前宣布一項最新研究成果，有望對未來風機葉片的設計產生重要影響。通過高性能計算機進行復雜運算，GE工程師突破了之前葉片設計存在的局限性，有助于探索新的方式來重新設計風機葉片，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國家實驗室合作，主要研究風機葉片噪聲預測方式。目前，大功率并網風機的主要噪聲源自空氣動力引起的葉片噪聲，這也是風機設計過程中最大的限制因素。降低葉片噪聲有助于降低風電成本，提高發(fā)電量。事實上，GE預測，轉子噪聲降低1分貝，每臺風機每年發(fā)電量將提高2%。預計未來五年，全球會新增近240吉瓦裝機。如果發(fā)電量提高2%，就會生產出5吉瓦的額外電量，足夠為紐約、波士頓和洛杉磯三個城市的全部居民提供用電。
“毫無疑問，風機葉片設計上最大的限制源自空氣動力學噪聲，”GE全球研發(fā)中心風能技術平臺負責人馬克·揚克霍夫說：“通過運用高性能計算來改善目前用于預測葉片噪聲的工程模型，我們能打造出葉尖速更高、噪聲更低的轉子，從而提高發(fā)電量。這不僅能為消費者節(jié)省能源開支，還會大大降低溫室氣體的排放量。”
為確保設計的風機葉片不出現噪聲問題，GE的研究人員在風洞中進行風機葉片的聲學測量，實地測量以確定可接受的噪聲水平，還在控制系統(tǒng)設置降噪運行模式。有效建模有助于保持目前的低噪聲水平，同時提高發(fā)電量。
GE的測試包括運用Sandia國家實驗室的Red
Mesa超級計算機，運行斯坦福大學開發(fā)的高仿真度大渦流模擬（LES）軟件，預測詳細的流體力學現象和風機葉片噪聲。三個月內，這一擾動氣流通過風機葉片的LES仿真連續(xù)在Red
Mesa高性能計算上進行。最終的流場預測獲得有價值的機理，可用于評估目前的工程設計模型、最能影響噪聲預測的假設、以及模型選擇的精確度和可靠性。
GE是全球風能領域的市場領導者。到2012年，GE風機全球裝機總量已經超過20000臺，在30個國家和地區(qū)的項目裝機總量超過28吉瓦。在中國，GE風機在中國的裝機總量超過1000臺。