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但也容易被暴风雨袭击

更新时间:2018-11-16 18:57

  

  美国风能产业发展势头迅猛。据统计,过去9年,美国可再生能源的总量增长了3倍多,其中风能和太阳能占比最大。未来,美国计划利用更多的风能,为进一步降低成本,他们将建造更大的风力发电机。据悉,这个致力于建造世界最大风力发电机的项目已经启动。该项目由弗吉尼亚大学研究员带队,一共有6个机构联合参与,计划建造的风机高500米,比美国帝国大厦还高57米。

  其实,现在的风电机组已经比15年或20年前大多了。风机的的电能输出受叶片长度和风塔高度影响,当前的风塔高度通常在70米,叶片长约50米。

  “使用更大规模风力发电机会更具经济性。”纽约州立大学布法罗分校机械与航空航天工程学院副教授约翰霍尔(John Hall)解释说。大型叶轮的风力更大、在较高海拔时更加稳定,因此成本效益更佳。为此,该巨型风机项目负责人、美国能源部高级研究计划局的埃里克洛斯(Eric Loth)说,用更高的风机能够“捕集更多能量”。

  风能专家表示,风机“越大越好”还有另外一个原因:更长的叶片还能更有效地捕捉风能,而更高的塔楼则能拥有更长的叶轮。马萨诸塞大学罗威尔分校风能中心主任、机械工程师克里斯托弗尼兹雷克(Christopher Niezrecki)解释说:“发电机的电量与其‘扫风面积’——涡轮叶片旋转所覆盖的区域——直接相关。如果叶片长度加倍,一个风力发电系统将能产生4倍的能量。”他还指出,发电机越大,其“切入速度”——能够开始产生能量时的风速——也会越低一些。

  洛斯团队计划设计一个叶片长200米、50兆瓦的风电系统,如果能够成功,该发电机的能量将会比现有设备强10倍。他们不仅扩大传统设计的规模,而且尝试从根本上改变发电机的机构。该机器将拥有两片叶片,而非通常的三片,这将减轻整个结构的重量并降低成本。洛斯表示,通常,减少叶片的数量会让发电机降低效率,但他的团队正在利用一个先进涡轮气动设计,可以在很大程度上弥补相应的损失。

  根据团队的设想,这些风机将安置在远离陆地、离海岸线公里的大西洋东部海域。该海域虽然风力强劲,但也容易被暴风雨袭击,研究一度陷入困境。不经意间,研究人员受到了“棕榈树”的启发,它们很高但枝干柔软,如遇大风,树干可自由弯曲。洛斯表示:“我们尝试使用相同的概念来设计风力发电机,赋予其强大的灵活性,以适应不稳定的气流。”

  在整个风机设计中,两片叶片会随风向变化。洛斯表示,巨大而灵活的叶片将会像棕榈树叶一样随着暴风弯曲起伏,这种设计减少了很多固定叶片需要的材料成本,也降低了强风会将旋转叶片向塔架弯曲的可能性,提高了整个结构的坚韧程度。

  事实上,这个巨型发电机设想还面临诸多挑战和质疑,因为迄今为止并没有风机接近这个尺寸。“如何制造200米长的叶片?怎么把它们放在一起?起重机高度有限,如何搭起500米高的塔?……”尼兹雷克率先质疑并指出,“我不否认这个项目有很高的回报率,但它还有很多问题需要研究和解决。”

  霍尔教授则质疑这个巨大的发电机尺寸是否是最佳,“我们都知道越大越好,但关键是多大最好,这个问题很值得研究”。

  目前,洛斯和他的团队正在设计整个发电机的结构和控制系统。夏天的时候,他们正建造一个直径约两米的模型;明年夏天,他们计划用两个20米长的叶片来设计一个更大的模型并在科罗拉多州进行测试。

  作为该项目的负责人,洛斯也不能百分百确定这个庞大的发电机将成为现实,但他坚定地认为这值得尝试,“这是一个非常新的概念,我不能保证它会奏效,但如果成功,这或将颠覆整个海上风能产业。”洛斯如是说。

  

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