美國(guó)將研制世界最大風(fēng)機(jī) 高500米！葉片長(zhǎng)200米！

2017-08-22 08:54:39 中國(guó)能源報(bào) 　點(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

美國(guó)風(fēng)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢(shì)頭迅猛。據(jù)統(tǒng)計(jì)，過(guò)去9年，美國(guó)可再生能源的總量增長(zhǎng)了3倍多，其中風(fēng)能和太陽(yáng)能占比最大。未來(lái)，美國(guó)計(jì)劃利用更多的風(fēng)能，為進(jìn)一步降低成本，他們將建造更大的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。據(jù)悉，這個(gè)致力于建造世界最大風(fēng)力發(fā)電機(jī)的項(xiàng)目已經(jīng)啟動(dòng)。該項(xiàng)目由弗吉尼亞大學(xué)研究員帶隊(duì)，一共有6個(gè)機(jī)構(gòu)聯(lián)合參與，計(jì)劃建造的風(fēng)機(jī)高500米，比美國(guó)帝國(guó)大廈還高57米。

其實(shí)，現(xiàn)在的風(fēng)電機(jī)組已經(jīng)比15年或20年前大多了。風(fēng)機(jī)的的電能輸出受葉片長(zhǎng)度和風(fēng)塔高度影響，當(dāng)前的風(fēng)塔高度通常在70米，葉片長(zhǎng)約50米。

“使用更大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電機(jī)會(huì)更具經(jīng)濟(jì)性。”紐約州立大學(xué)布法羅分校機(jī)械與航空航天工程學(xué)院副教授約翰&dot;霍爾（John Hall）解釋說(shuō)。大型葉輪的風(fēng)力更大、在較高海拔時(shí)更加穩(wěn)定，因此成本效益更佳。為此，該巨型風(fēng)機(jī)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、美國(guó)能源部高級(jí)研究計(jì)劃局的埃里克&dot;洛斯（Eric Loth）說(shuō)，用更高的風(fēng)機(jī)能夠“捕集更多能量”。

風(fēng)能專家表示，風(fēng)機(jī)“越大越好”還有另外一個(gè)原因：更長(zhǎng)的葉片還能更有效地捕捉風(fēng)能，而更高的塔樓則能擁有更長(zhǎng)的葉輪。馬薩諸塞大學(xué)羅威爾分校風(fēng)能中心主任、機(jī)械工程師克里斯托弗&dot;尼茲雷克（Christopher Niezrecki）解釋說(shuō)：“發(fā)電機(jī)的電量與其‘掃風(fēng)面積’——渦輪葉片旋轉(zhuǎn)所覆蓋的區(qū)域——直接相關(guān)。如果葉片長(zhǎng)度加倍，一個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)將能產(chǎn)生4倍的能量。”他還指出，發(fā)電機(jī)越大，其“切入速度”——能夠開(kāi)始產(chǎn)生能量時(shí)的風(fēng)速——也會(huì)越低一些。

洛斯團(tuán)隊(duì)計(jì)劃設(shè)計(jì)一個(gè)葉片長(zhǎng)200米、50兆瓦的風(fēng)電系統(tǒng)，如果能夠成功，該發(fā)電機(jī)的能量將會(huì)比現(xiàn)有設(shè)備強(qiáng)10倍。他們不僅擴(kuò)大傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的規(guī)模，而且嘗試從根本上改變發(fā)電機(jī)的機(jī)構(gòu)。該機(jī)器將擁有兩片葉片，而非通常的三片，這將減輕整個(gè)結(jié)構(gòu)的重量并降低成本。洛斯表示，通常，減少葉片的數(shù)量會(huì)讓發(fā)電機(jī)降低效率，但他的團(tuán)隊(duì)正在利用一個(gè)先進(jìn)渦輪氣動(dòng)設(shè)計(jì)，可以在很大程度上彌補(bǔ)相應(yīng)的損失。

根據(jù)團(tuán)隊(duì)的設(shè)想，這些風(fēng)機(jī)將安置在遠(yuǎn)離陸地、離海岸線至少80公里的大西洋東部海域。該海域雖然風(fēng)力強(qiáng)勁，但也容易被暴風(fēng)雨襲擊，研究一度陷入困境。不經(jīng)意間，研究人員受到了“棕櫚樹(shù)”的啟發(fā)，它們很高但枝干柔軟，如遇大風(fēng)，樹(shù)干可自由彎曲。洛斯表示：“我們嘗試使用相同的概念來(lái)設(shè)計(jì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，賦予其強(qiáng)大的靈活性，以適應(yīng)不穩(wěn)定的氣流。”

在整個(gè)風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)中，兩片葉片會(huì)隨風(fēng)向變化。洛斯表示，巨大而靈活的葉片將會(huì)像棕櫚樹(shù)葉一樣隨著暴風(fēng)彎曲起伏，這種設(shè)計(jì)減少了很多固定葉片需要的材料成本，也降低了強(qiáng)風(fēng)會(huì)將旋轉(zhuǎn)葉片向塔架彎曲的可能性，提高了整個(gè)結(jié)構(gòu)的堅(jiān)韌程度。

事實(shí)上，這個(gè)巨型發(fā)電機(jī)設(shè)想還面臨諸多挑戰(zhàn)和質(zhì)疑，因?yàn)槠駷橹共](méi)有風(fēng)機(jī)接近這個(gè)尺寸。“如何制造200米長(zhǎng)的葉片？怎么把它們放在一起？起重機(jī)高度有限，如何搭起500米高的塔？……”尼茲雷克率先質(zhì)疑并指出，“我不否認(rèn)這個(gè)項(xiàng)目有很高的回報(bào)率，但它還有很多問(wèn)題需要研究和解決。”

霍爾教授則質(zhì)疑這個(gè)巨大的發(fā)電機(jī)尺寸是否是最佳，“我們都知道越大越好，但關(guān)鍵是多大最好，這個(gè)問(wèn)題很值得研究”。

目前，洛斯和他的團(tuán)隊(duì)正在設(shè)計(jì)整個(gè)發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)。夏天的時(shí)候，他們正建造一個(gè)直徑約兩米的模型；明年夏天，他們計(jì)劃用兩個(gè)20米長(zhǎng)的葉片來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)更大的模型并在科羅拉多州進(jìn)行測(cè)試。

作為該項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人，洛斯也不能百分百確定這個(gè)龐大的發(fā)電機(jī)將成為現(xiàn)實(shí)，但他堅(jiān)定地認(rèn)為這值得嘗試，“這是一個(gè)非常新的概念，我不能保證它會(huì)奏效，但如果成功，這或?qū)㈩嵏舱麄€(gè)海上風(fēng)能產(chǎn)業(yè)。”洛斯如是說(shuō)。（中國(guó)能源報(bào)編譯，原載《科學(xué)美國(guó)人》網(wǎng)站）

原標(biāo)題:逆天！美國(guó)將研制世界最大風(fēng)機(jī)，高出帝國(guó)大廈57米！

責(zé)任編輯：lixin

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