科學家研制出消音涂層 使風力發(fā)電機安靜工作

　　風力發(fā)電機發(fā)出的噪音令人無法忍受，它們必須建造在遠離居民區(qū)的地方，才不會打擾人們的正常生活。如果能將它的噪音大幅降低，那就清除了普及風力發(fā)電的主要障礙。

　　一直被奉為自然界“沉默殺手”的貓頭鷹，不同于其他鳥類羽翼劃開空氣時有輕微的響聲，它在飛行過程中幾乎沒有聲音，能夠悄無聲息地接近獵物。貓頭鷹無聲飛行的原理為研究減弱風力渦輪葉片噪音（不影響空氣動力的情況下）的項目提供了靈感。

　　近來，英國劍橋大學與美國的弗吉尼亞理工學院、利哈伊大學和佛羅里達大西洋大學的科學家們合作研發(fā)出了一種受貓頭鷹啟發(fā)全新的風力渦輪葉片涂層，能在不影響葉片性能和空氣動力的前提下降低運行噪音。

　　“很多貓頭鷹，主要是大貓頭鷹，像倉鸮或大灰貓頭鷹，能夠從高處俯沖下來而不被獵物察覺，隱匿地捕食。”該項目的領導者之一、劍橋大學應用數(shù)學以及理論物理系的Nigel Peake教授說，“貓頭鷹的翅膀結構能平滑地穿過空氣，使聲音被散射，達到降低噪聲的效果�！�

　　但是這些發(fā)現(xiàn)又與降低風力渦輪機噪聲有什么關系呢？大約在兩年前，科學家們開始利用高分辨率顯微圖像仔細研究貓頭鷹的羽毛，他們的發(fā)現(xiàn)促成了一個模仿貓頭鷹羽毛結構的標準原型涂層的誕生。

　　貓頭鷹的無聲飛行得益于復雜微妙的羽毛結構。貓頭鷹在長期進化過程中，形成了特殊的翅膀羽毛結構。大多數(shù)鳥類用來飛行的翅膀邊緣都相當齊整，類似飛機的機翼，而貓頭鷹翅膀邊緣及后緣擁有“靈活的邊緣”，呈鋸齒形。科學家采用計算機模擬分析發(fā)現(xiàn)，這種結構對減少空氣湍流所形成的噪音起到了一定的作用。飛行時，均勻分布的羽毛加上寬的翅膀能分散聲波，阻止它們累積在一起產(chǎn)生噪音。與此同時，厚厚的絨毛減少了翅膀表面的氣壓，從而提供了消音效果。正是這一點降低了氣動噪聲，使得貓頭鷹可以悄無聲息地接近獵物。

　　科學家們據(jù)此在風力渦輪葉片上附上一層類似于婚禮面紗的材料，在初始測試中，該團隊成功地將葉片表面噪聲降低到30分貝。

　　“我們將這個類似婚禮面紗的織物懸掛在葉片粗糙的表面上，來分辨所產(chǎn)生噪聲的不同�！备ゼ�尼亞理工學院的William Devenport博士說道，“然而我們也發(fā)現(xiàn)，這種織物也存在一些不合需要的成分，比如可以從側面沿流的纖維，會影響消聲效果，這些是貓頭鷹羽毛中不存在的�！�

　　在此基礎上，該團隊又開發(fā)出一種3D打印塑料制成的涂層。在將其放置在風道中測試時，這種涂層成功地在不影響空氣動力的情況下，將葉片的噪聲降低了10分貝�！拔覀冊O想出的22種涂層布局在測試中都成功了�！盌evenport教授說道，“表現(xiàn)最好的翼片能將噪音減少10倍，這是我們所有人都沒預想到的。”

　　噪音是普及風力發(fā)電的最大障礙，若想有效減少能量傳輸過程中的流失，那么最理想的布局是在城鎮(zhèn)附近建造風力發(fā)電廠，但事實上風力發(fā)電機發(fā)出的噪音令人無法忍受，它們必須建造在遠離居民區(qū)的地方，才不會打擾人們的正常生活。如果能將它們的噪音大幅降低，那就清除了普及風力發(fā)電最主要的障礙。

　　Devenport教授說：“涂層在降低噪音的同時還能使風力渦輪旋轉得更加迅速，因此能提高發(fā)電效率�！�

　　荷蘭代爾夫特科技大學的Daniele Ragni教授表示，“降低并理解風力渦輪的噪音的確是我們亟需面臨的一個挑戰(zhàn)，尤其鑒于現(xiàn)代風力渦輪機轉子越來越大，轉速更快，應用更加廣泛，降低它們的噪聲影響可能成為促成風電領域發(fā)展的終極推進。”

　　英國的現(xiàn)行法規(guī)規(guī)定，距離風力發(fā)電機最近的居民區(qū)的夜晚噪音不能超過43分貝。能源和氣候變化部門（DECC）的一位發(fā)言人表示，“該項法規(guī)賦予了民眾取締破壞性風力發(fā)電廠的權利，也保證了地方當局在發(fā)放風力發(fā)電廠規(guī)劃申請之前認真核實所有的信息。”

　　“目前世界上還有很多地區(qū)因為當?shù)卦肼暦ㄒ?guī)而不能開發(fā)風能。”Ragni教授說，“這不僅會對風力發(fā)電產(chǎn)的開發(fā)商和運營商產(chǎn)生不利影響，最終也會對消費者帶來能源成本上漲的影響，也將影響公共事業(yè)市場上風能的轉換效率變低�！�

　　在如此嚴峻的形勢下，降低風力渦輪噪聲的好處就顯得尤為明顯了�！拔业脑O想是，如果該項技術的應用成功提高了風力渦輪的發(fā)電效率，再加上這種涂層還能被制成一些附加產(chǎn)品，那么利潤空間將十分可觀。”Devenport教授說。

　　噪音的降低也能減少人們對風力發(fā)電廠的抵觸程度。Ragni表示，要通過了解風力渦輪葉片產(chǎn)生噪音的原理，找到使風能“在如今環(huán)保意識更強的社會中更易于接受以及更廣泛普及的”方法。

　　為實現(xiàn)這些美好的愿景，原型涂層的創(chuàng)新技術需要進一步的開發(fā)、實驗以及獲得渦輪制造商乃至整個行業(yè)的支持。

　　“我們擁有該項技術的專利申請，目前已經(jīng)有很多家公司來與我們商談該項技術的進一步開發(fā)，將其應用到風力渦輪機甚至其他地方�！盌evenport教授表示，“如果該項技術在未來被證明可行的話，那么大規(guī)模應用并流通于市場的那一天不會太遠�！�

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