風力渦輪機還是飛機?新型雷達有望消除訊號雜波

對風能作為可再生能源的推動,使得風力渦輪機與飛機共享同一空域,而老舊的雷達系統無法區分兩者。


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風力渦輪機在開闊的空間中運作效果最佳,在那裡它們可以捕捉到不受建築物或山脈阻礙的氣流。不幸的是,這些相同的條件對於飛機的起飛和降落也是最佳的,這在全球許多地方的風能公用事業公司和機場之間造成了緊張關係。公用事業規模的風力渦輪機,其中許多高度超過100米,可能會干擾用於安全引導飛機的雷達。

雷達的工作原理是向特定方向發射無線電波,並收集反射回雷達位置的波的資料,這些資料可用於識別附近物體的距離、高度、方向和速度。風力渦輪機可以透過阻擋訊號或產生不需要的訊號反射來干擾雷達,從而在雷達地圖上造成雜波。

老舊的雷達技術和對可再生能源的需求使情況變得複雜,減緩甚至在某些情況下阻止了新風電場的建設。英國風能協會 (BWEA) 估計,由於對雷達的反對意見,計劃新增的6吉瓦風電容量被擱置。(截至2009年底,英國已安裝的風電總容量為4.1吉瓦。)

美國國防部副部長多蘿西·羅賓在6月份眾議院軍事委員會關於風力渦輪機對軍事戰備影響的聽證會上表示,在美國,新的風電場正威脅干擾北美空天防禦司令部 (NORAD)、美國北方司令部和國土安全部使用的監視雷達 (pdf)。羅賓表示,由北美空防司令部和北方司令部管理的用於維護空域監視和空防的遠端雷達已經有幾十年歷史,而且許多仍然使用模擬訊號處理器,這些處理器在消除風力渦輪機雜波方面效果較差。

美國能源部要實現其目標,即利用風能提供美國20%或更多的電力 (pdf),就必須解決對風電場和飛機雷達影響的擔憂,美國風能協會 (AWEA) (一個代表風能行業企業的行業協會) 認為。

解決這個問題的一種方法是升級雷達系統,自二戰前以來,雷達系統一直被用於跟蹤船舶和飛機,透過先進的數字訊號處理器,它們可以管理更大量的資料,從而識別和濾除風力渦輪機造成的訊號干擾。

通常,雷達系統會發送和接收單束無線電波(高頻或低頻),這些無線電波可以用最少的計算機處理能力來解碼。考慮到風電場可能會產生干擾,使傳統雷達系統無法區分訊號雜波和需要協助的飛機,英國國家空中交通服務 (NATS) 於 2006 年開始與雷神公司合作,升級配備先進數字訊號處理器和資料處理軟體的系統。升級後的系統旨在同時處理高頻和低頻無線電波束,提供豐富的資料,以更好地繪製訊號雜波圖,並區分渦輪機和飛機產生的多普勒訊號(指示運動)。

在七月和八月,雷神公司和 NATS 與荷蘭皇家空軍合作,在該國蘇斯特堡空軍基地測試了一種增強型雷達系統,以確定該系統是否能有效地防止附近的風力渦輪機在空中交通管制顯示器上造成虛假目標雜波,並混淆真實飛機。一旦這些測試的結果得到分析,NATS 計劃在今年晚些時候在蘇格蘭北部一個有附近渦輪機的民用機場進一步測試新的雷達系統。

雖然雷神公司提倡升級雷達系統,但其他人則提出了使風力渦輪機本身對雷達不那麼可見的方法。丹麥的 維斯塔斯風力系統公司 (Vestas Wind Systems) 製造的風力渦輪機葉片長達波音 747 飛機的機翼,該公司正在與 QinetiQ 集團 (QinetiQ Group) (原英國國防評估與研究機構的一部分) 合作,為維斯塔斯公司的渦輪機和塔架開發雷達吸收塗層和含有鐵和碳等導電顆粒的複合材料。維斯塔斯公司大約在一年前開始測試原型“隱形”葉片,並計劃明年開始銷售。雖然該公司承認它無法使其渦輪機對雷達隱形,但這些雷達吸收努力可能會影響公司是否獲得政府批准建設風力渦輪機場。

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