科學家研制出消音涂層 使風力發電機安靜工作

　　風力發電機發出的噪音令人無法忍受，它們必須建造在遠離居民區的地方，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出了一種受貓頭鷹啟發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。”

　　但是這些發現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，他們的發現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現，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，來分辨所產生噪聲的不同。”弗吉尼亞理工學院的William Devenport博士說道，“然而我們也發現，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。“我們設想出的22種涂層布局在測試中都成功了。”Devenport教授說道，“表現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附近建造風力發電廠，但事實上風力發電機發出的噪音令人無法忍受，它們必須建造在遠離居民區的地方，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，尤其鑒于現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展的終極推進。”

　　英國的現行法規規定，距離風力發電機最近的居民區的夜晚噪音不能超過43分貝。能源和氣候變化部門（DECC）的一位發言人表示，“該項法規賦予了民眾取締破壞性風力發電廠的權利，也保證了地方當局在發放風力發電廠規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因為當地噪聲法規而不能開發風能。”Ragni教授說，“這不僅會對風力發電產的開發商和運營商產生不利影響，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。“我的設想是，如果該項技術的應用成功提高了風力渦輪的發電效率，再加上這種涂層還能被制成一些附加產品，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電廠的抵觸程度。Ragni表示，要通過了解風力渦輪葉片產生噪音的原理，找到使風能“在如今環保意識更強的社會中更易于接受以及更廣泛普及的”方法。

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

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

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