杨正瓴
[小结] 我们在风电预测方面的工作要点
2022-6-27 14:47
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汉语是联合国官方正式使用的 种同等有效语言之一。请不要歧视汉语!

Chinese is one of the six equally effective official languages of the United Nations.

Not to discriminate against Chinese, please!

                                                            

[小结] 我们在风电预测方面的工作要点

                                              

   主要是与硕士生同学们的学位论文有关的工作。与“反思磁场”等相比,风电方面的研究总体风险偏小,因此创新性也随之下降。

   风电研究主要是有实际应用价值,特别是社会价值。也许有很高的社会价值?能源安全?

                         

   下面不再提供有关论文、专利等,因为可以在相应专业数据库里查找到。

                         

   2020-09-11,我国“能源资源方面,石油对外依存度达到70%以上,油气勘探开发、新能源技术发展不足”。

                                               

一、利用季风的空间相关性预报/预测

   首选地区为我国东南沿海区域。

   该区域本地化石能源较少,由于云的影响,地表太阳能不稳定。因此风能成为沿海和近海的首选可再生能源。

                         

   空间相关性预测,独立于现有的物理模型、统计学模型,具有弥补它们“家族性”缺陷的特殊潜力。

   除了少数特殊天气(如强对流天气等),空间相关性在大风时的预报更准确。这点对于可靠地降低风电功率预测误差有特殊的优势。

   随着测风激光雷达(LiDAR, Light Detection And Ranging)等的发展,空间相关性的应用前景越来越好。

                         

   利用我国特有的“季风”,利用“大气压的差值(‘气压梯度力’的近似值)”,以及使用“区域空间相关性预报”,基本上可以定位在“风电世界范围的原始创新”。这方面的研究,直接结合我国东南沿海区域(城镇化战略)进行。

   我们的风电“创新”,方法是回到“源头和底层”,思路来源之一是《动力气象学》。

   (1)风,到底是怎么刮起来的?“气压梯度力”是首因。

   (2)我国东部的风,有什么主要特性?季风。

   (3)怎样预报风?区域空间相关性。

                         

二、我国东南沿海区域的“区域空间相关性预测网络”构想

   即“区域空间相关性预测网络,a regional spatial correlation prediction network”。

   里面需要有大量的技术性、学术性创新。

                 

   例如,有专家质疑“空间相关性预测在实际中不能应用”?这种质疑对“点对点”的旧式空间相关性预测有一定的合理性。

   而我们新型的“区域式”空间相关性预测,会明显克服这个旧式预测的局限性。我们的理论依据,非线性动力系统预报(结合《动力气象学》相关知识)。(细节还是不说吧?正在做具体工作)

                 

   “区域式”空间相关性预测,主要依托我们在《气象学》方面的不断学习。猜想没有一定的气象知识,大概不会想到这个方法。                 

                                             

三、低风速风机应该注意的要点

   这是我们根据“刚体定轴转动定律”得到的看法:旋转式风机的单机容量,应该控制在一定的范围,不是越大越好。

   考到叶片或等效物的成本与寿命,发电出力越大的风机,一般需要增大叶片的几何尺寸,以期吸收更多的风能。

   但是,这样会增大旋转的机械转动惯量。不良后果:

   (1)降低了旋转受风物(如水平轴风机的风轮)轴的寿命。机械转动惯量越大,风轮轴的磨损和疲劳会增加,不利于轴的寿命。

   (2)增大叶片的几何尺寸,会增大叶片的造价。在相同的材料和工艺下,降低叶片的寿命与安全性。

   (3)从刚体定轴转动定律看,机械转动惯量越大,则出力与风速之间的时间延迟越明显,不利于功率曲线的准确性,进而降低风电功率预测的准确性。

   (4)增大噪音。

   

   合理增大叶片的受风面积,降低叶片的几何长度(降低机械转动惯量)。有利于提高叶片、轴的寿命和安全性,降低成本。

   

   根据预定安装地点的风的特性,针对性地优化风机叶片(或等效物)的几何尺寸与形状。小容量+多机,比单纯增大单个风机的容量更合理。

  

   随着叶片材料性能、生产工艺的不断提高,逐步增大单机的出力容量,是一种经济、合理、安全的途径。

             

感谢您的批评与指点!

早发表,晚评价。”“努力在我评价在人。”——华罗庚

早就累傻了。肯定有遗漏的和错误的!请您指出哪些是错误的?感谢!

        

            

四、科技创新,全社会的责任

   2021年PNAS刊登《Slowed canonical progress in large fields of science》,大数据分析的忧虑:每年生产大量“无用”的科学成果耗费了昂贵的人力成本的资金,生产率也正在急剧下降。而更重要的是,我们是否可能因为沉浸在泛滥的论文中而错过更丰富的新范式?

   理查德·罗伯茨爵士Sir Richard J. Roberts是1993年诺贝尔生理学或医学奖得主。他声称决策者更愿意将钱分配给他们知道会取得成果的研究,因为他们“主要是希望再次当选(要近期业绩)”,资助那些“对国家好的”研究。

   Sir Richard Roberts, joint winner of the 1993 Nobel Prize for Physiology or Medicine, claimed that policymakers prefer to assign money to research that they know will get results because they are “mainly interested in getting re-elected” as opposed to funding what’s “good for the country”.

国家有责任资助那些“对国家好的”研究。

国家有责任 to funding what’s “good for the country”。

             

Enago英论阁,2020-01-08,申请科研项目如乐透中签?不如随机筛选?

http://blog.sciencenet.cn/blog-681387-1213386.html

国家要保障最“具有创造知识可能性”的项目得到发展机会。

                   

——— 相关背景资料 ——

希望对于理解我们研究的应用价值具有一定的帮助。

                                                  

   (1)“两横三纵”城镇化格局中的东纵,粤闽浙沿海城市群、珠三角城市群等,都地处我国东南沿海区域。

   风电对居民基本生活用电有积极的保障作用。

         

   (2)历史是一面镜子。“欲知大道,必先为史。”历史是一面镜子,也是一本深刻的教科书。

   想想 1999、1991、2002年的“石墨炸弹”,电网瘫痪在 70%~85%的水平,甚至整个城市停电。

         

   (3)下面两幅图片。不做解释。能源对人类社会的基础决定性作用。

                                      

29748.jpg

对照:欧洲石油与天然气运输路线,俄罗斯的油气出口

https://xw.qq.com/cmsid/20220309A0D58000

https://education.nationalgeographic.org/resource/europe-map

                           

英国国土紧凑,矿区都离伦敦不远,这为工业革命保障了源源不断的燃料

https://xw.qq.com/cmsid/20220309A0D58000

      

参考资料:

[1] 中国气象数据(国家气象信息中心,中国气象局气象数据中心,官方帐号),2021-11-04,从数据看,我国哪里适合发展风能、太阳能?

https://www.sohu.com/a/499224630_99963284

[2] C. P′erez Albornoz, M.A. Escalante Soberanis, V. Ramírez Rivera, M. Rivero. Review of atmospheric stability estimations for wind power applications [J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2022, 163: 112505 

DOI:  10.1016/j.rser.2022.112505

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1364032122004099

[3] Mathieu Pichault, Claire Vincent, Grant Skidmore, Jason Monty. LiDAR-based detection of wind gusts: An experimental study of gust propagation speed and impact on wind power ramps [J]. Journal of Wind Engineering & Industrial Aerodynamics, 2022, 220: 104864.

DOI:  10.1016/j.jweia.2021.104864

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167610521003378

[4] Jörge Schneemann, Frauke Theuer, Andreas Rott, Martin Dörenkämper, Martin Kühn. Offshore wind farm global blockage measured with scanning lidar [J]. Wind Energy Science, 2022, 6(2): 521-538.

DOI:  10.5194/wes-6-521-2021

https://wes.copernicus.org/articles/6/521/2021/wes-6-521-2021.html

[5] K. Rohrig, V. Berkhout, D. Callies, M. Durstewitz, S. Faulstich, B. Hahn, M. Jung, L. Pauscher, et al. Powering the 21st century by wind energy - Options, facts, figures [J]. Applied Physics Reviews, 2019, 6(3): 031303

DOI:  10.1063/1.5089877

https://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.5089877

中国科学院《科学智慧火花》贴出的稿件:

[1] 科学智慧火花,2016-02-24,计及风力发电机机械惯性的更精确“风速-功率”关系

http://idea.cas.cn/viewdoc.action?docid=45013

[2] 科学智慧火花,2019-02-25,水平轴风机大偏航角下可能混入垂直轴风机的出力特性

http://idea.cas.cn/viewdoc.action?docid=68313

[3] 科学智慧火花,2015-05-25,未来的两大安全能源

http://idea.cas.cn/viewdoc.action?docid=35616

[4] 2019-12-13,低风速风机:“变形”叶片

http://idea.cas.cn/viewdoc.action?docid=72032

[5] 2020-03-04,仿生:提高风机叶片性能的一些设想

http://idea.cas.cn/viewdoc.action?docid=73425

[6] 2020-10-14,低风速风机叶片几何形状优化设计的风洞实验设想

http://idea.cas.cn/viewdoc.action?docid=76036

[7] 2020-10-14,发展我国东南沿海风电的一些可能的建议

http://idea.cas.cn/viewdoc.action?docid=76038

[8] 2021-08-15 14:57,高空机翼风筝发电设想

https://idea.cas.cn/viewdoc.action?docid=78675

相关链接:

[1] 2021-04-09,[求证] “空间相关性”预报是当前风电功率预报的第3种方法吗?

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1281147.html

[2] 2017-06-03,报喜:薛院士引用了俺们的论文

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1058789.html

[3] 2021-01-02,喜获《发电技术》2020 年度优秀论文:大气压的差值对风速空间相关性预测的影响分析

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1265377.html

[4] 2018-08-13,[请教] 利用季风的空间相关性提高风电功率预报的定位:世界首创、国际领先、国内领先、国内一般、没有价值?

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1128960.html

[5] 2022-06-26,[小结] 我在《气象学》里“遥相关 teleconnection”方面一点思考

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1344641.html

[6] 2022-06-25,[小结] 我们在物理学上的主要“创新点”(?)

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1344493.html

[7] 2022-06-24,[小结] 我们在数学上的主要创新点(概率与统计之外)

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1344353.html

[8] 2022-06-22,[小结] 我们在概率论、数理统计学方面的主要创新点(和应用)

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1344083.html

[9] 2021-09-30,往日(6):我们对电力负荷预测的一些看法 

http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1306311.html

[10] 2022-06-05,[回忆] 我们的科技类代表性观点(或论文)(3):高原创部分

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1341672.html

[11] 2022-06-04,[回忆] 我们的科技类代表性观点(或论文)(2):部分完成或价值待定

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1341531.html

[12] 2022-06-03,[回忆] 我们的科技类代表性观点(或论文)(1):“常规”研究的部分

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1341405.html

[13] 2020-08-13,傻正式发表过的“文化”类部分稿件的目录

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1246209.html

[14] 2020-07-22,羡慕居里夫妇当初的科研条件

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1243092.html

                 

感谢您的指教!

感谢您指正以上任何错误!

感谢您提供更多的相关资料!

  

                     

———— 附录:阿诺德的几句话 ————

阿诺德 Vladimir Igorevich Arnold 1937  2010.png

Nasce il Centro Arnold-Regge

http://matematica.unibocconi.it/news/nasce-il-centro-arnold-regge

上面的图片来自互联网。感谢有关人员!

                                                     

   下面是从《An Interview with Vladimir Arnol'd [J], NOTICES OF THE AMS, 1997》摘录出来的两段阿诺德Vladimir Igorevich Arnold, влади́мир и́горевич арно́льд, 1937-06-12 ~ 2010-06-03)观点:

   The Russian attitude toward knowledge, science, and mathematics always conforms to the old traditions of the Russian intelligentsiya. This word does not exist in other languages, since no other country has a similar caste of scholars, medical doctors, artists, teachers, etc., who find more reward from their contributions to society than from personal or monetary gains.

   One other characteristic of the Russian mathematical tradition is the tendency to regard all of mathematics as one living organism. In the West it is quite possible to be an expert in mathematics modulo 5, knowing nothing about mathematics modulo 7. One's breadth is regarded as negative in the West to the same extent as one's narrowness is regarded as unacceptable in Russia.

           

   网上的一个汉译:

   俄罗斯人对知识、科学和数学的态度一直保持着俄语“Intelligentsiya”的古老传统。这个词是其他语言中没有的,因为没有其他国家有一个类似的由学者、医生、艺术家、教师等组成的阶层,他们永远把为社会作贡献为先,个人名利在后。

   俄罗斯数学传统的另一特点是倾向于全面地把数学看成一个充满活力的有机体。西方学界有可能一个人只是数学上某一方面的专家,而对相邻分支一无所知。一个学者涉猎较广在西方学界被看成一大缺点,而恰恰在俄罗斯一个学者研究领域太窄被看成同样程度的不足。

                                         

———— 附录:普朗克的几句话 ————

   1933年2月17日,普朗克在柏林为德国工程师协会所做演讲中说:

   “科学是内在的整体,它被分解为单独的整体不是取决于事物的本身,而是取决于人类认识能力的局限性。实际上存在着从物理到化学,从生物学和人类学到社会学的连续的链条,这是任何一处都不能被打断的链条。”

《王媛. 为一段流浪的名人名言找到故乡[J]. 图书馆建设, 2019, (2): 158-162. 发布日期: 2019-03-26.》

                                    

(热门)[小结] 我们在风电预测方面的工作要点 +1.jpg

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