美国升级浮标激光雷达 解决深远海风电测风难题

美国沿海风能资源潜力巨大，据估算可开发装机容量超过2000吉瓦。然而，海上风电行业在技术发展中仍面临诸多挑战，其中核心痛点在于难以在风机叶片旋转高度获取精准的风速测量数据。过去几年，美国能源部（DOE）下属的“风能技术办公室”（WETO）委托太平洋西北国家实验室（PNNL）在美国沿海部署配备先进科学仪器的浮标，并分析相关数据。其目标是通过获取气象和海洋学测量数据，为风电行业开发稳健的海上风电场技术提供支撑，同时深化对海上风况的科学认知。

旧有设备测高不足倒逼技术升级

然而，2016年和2017年在新泽西州和弗吉尼亚州沿海部署的两艘研究浮标数据显示，原有的激光雷达信号过于微弱，无法在接近风力涡轮机转子顶部的高度获得令人满意的测量结果。若未经过特殊的数据处理，风速随高度变化的计算结果也会出现偏差。这一发现促使风电行业提出仪器升级建议，并要求通过第三方机构推荐的行业标准验证。WETO作为浮标研究的主要资助方采纳了该建议，由PNNL风能研究团队主导了一项耗资130万美元的升级项目。

“此次升级包括更强大的激光雷达系统，其探测高度可达200米，并提供高数据回收率，”该项目负责人、PNNL的艾丽西亚·戈顿（Alicia Gorton）表示。“此前的激光雷达能力仅能达到约90米的高度。随着海上风机比5年前建造和部署的风机高出许多，旧有设备已显得效率低下。”

开源数据平台与严格验证并行

此外，团队还将浮标的数据管理系统迁移至开源环境，以便风电社区更便捷地访问和下载数据。升级后的浮标重新投入水中，作为验证阶段的一部分积极收集数据。验证过程涉及将浮标采集的数据与伍兹霍尔海洋研究所（WHOI）玛莎葡萄园岛附近海上相互作用塔上安装的官方参考激光雷达所采集的数据进行对比。

目前，配备新激光雷达系统的浮标已通过认证，符合发布的数据回收率和准确性推荐实践标准。这些浮标正被运往美国加州沿海，将在未来一年内收集数据，以支持美国海洋能源管理局（BOEM）的相关工作。

与此同时，行业其他领域也在取得进展：兆瓦级参考涡轮机扩展了评估更大、更低成本设计技术的能力；桑迪亚国家实验室的ARROW系统为风电叶片检查带来自动化高科技手段；飞行路径监测旨在确定超声波声学驱鸟器的有效性；研究还推翻了风电制造商因成本高而避免使用碳纤维材料的理论。随着风力发电量的增加，网络安全措施将为关键基础设施增添韧性，国际团队也在探索使风能在分布式能源市场中具有竞争力的解决方案。