單機(jī)50MW的海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)已經(jīng)在路上。

據(jù)美國Greentech Media報(bào)道，一組用于50MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)的渦輪葉片將于今年夏天開始實(shí)物測(cè)試。測(cè)試數(shù)據(jù)將被用于50MW風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)工作。一旦設(shè)計(jì)完成，新型風(fēng)機(jī)的單機(jī)裝機(jī)容量，將相當(dāng)于六臺(tái)現(xiàn)有容量最大的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，也與目前一些普通陸上風(fēng)電場(chǎng)的裝機(jī)相當(dāng)。

目前，世界上最大的風(fēng)機(jī)單機(jī)容量為8.8MW，于今年4月在蘇格蘭阿伯丁海岸安裝運(yùn)營。

即將投入測(cè)試的風(fēng)機(jī)渦輪葉片也被稱為分段式超輕型異性轉(zhuǎn)子(Segmented Ultralight Morphing Rotor ，下稱SUMR)，該葉片可在強(qiáng)風(fēng)中改變方向，變得與風(fēng)向平齊。

“我們正在努力讓葉片與載荷路徑平齊，這樣可減輕葉片的結(jié)構(gòu)重量，同時(shí)降低損耗。”弗吉尼亞大學(xué)機(jī)械與航空工程系主任Eric Loth在接受采訪時(shí)表示。這種“隨波逐流”的葉片設(shè)計(jì)靈感來自于棕櫚樹，棕櫚葉可以在強(qiáng)風(fēng)中彎曲并隨風(fēng)搖擺，以此來抵抗颶風(fēng)。

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研究人員表示，異型葉片將極大地拓展海上風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的選址范圍，未來，在南大西洋甚至墨西哥灣地區(qū)也可使用風(fēng)電。這些地區(qū)在風(fēng)暴來臨時(shí)的最高風(fēng)速可達(dá)到200英里/小時(shí)。

SUMR葉片的研究始于2015年，美國可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NRLE)、伊利諾伊大學(xué)和科羅拉多大學(xué)等多家研究機(jī)構(gòu)和高等院校參與其中。研究人員定期與行業(yè)咨詢委員會(huì)中來自風(fēng)機(jī)制造商的專家們進(jìn)行商議，西門子歌美颯(SGRE)、維斯塔斯、GE的專家都曾參與其中。

“比起進(jìn)一步提高風(fēng)機(jī)效率，我們更想開發(fā)出一種制造和維護(hù)成本都更低的風(fēng)機(jī)。”Loth表示。他同時(shí)提到，希望到2025年，這種50MW風(fēng)機(jī)可以將海上風(fēng)電的平均發(fā)電成本拉低50%。

據(jù)彭博新能源財(cái)經(jīng)2017年的預(yù)測(cè)，海上風(fēng)電裝機(jī)量每翻一番，度電成本的降幅約為20%，到2020年，海上風(fēng)電度電成本將接近于陸上風(fēng)電的度電成本。

另據(jù)丹麥風(fēng)能研究和咨詢機(jī)構(gòu)MAKE發(fā)布的 《全球海上風(fēng)電市場(chǎng)報(bào)告》，截至2017年底，全球累計(jì)海上風(fēng)電裝機(jī)容量已經(jīng)達(dá)到17.5GW。預(yù)計(jì)2017-2026年間，全球海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)將穩(wěn)健發(fā)展，復(fù)合平均增長率將達(dá)到16％。

Loth認(rèn)為，對(duì)于10MW的風(fēng)機(jī)來說，使用傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)葉片產(chǎn)生的制造、安裝和維護(hù)成本將非常昂貴。以GE正在進(jìn)行測(cè)試的12MW風(fēng)機(jī)為例，其葉片長度達(dá)107米。“把長度超過100米且無法折疊的葉片從工廠運(yùn)到安裝現(xiàn)場(chǎng)并不容易。”他說。

用于50MW風(fēng)機(jī)的SUMR葉片長度或?qū)⒊^200米，與兩個(gè)足球場(chǎng)的長度相當(dāng)。但對(duì)于SUMR來說并不存在運(yùn)輸問題，因?yàn)槊總€(gè)葉片都將被制造成5-7段，由耳軸鉸鏈連接。Loth表示，“靠近渦輪輪轂的耳軸鉸鏈可以讓葉片在颶風(fēng)中實(shí)現(xiàn)折疊。”

“研究的重點(diǎn)之一是如何減輕渦輪葉片的重量。”得克薩斯大學(xué)機(jī)械工程系副教授Todd Griffith表示，傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)葉片主要由玻璃纖維和碳纖維構(gòu)成，制造商可以通過提高碳纖維的比例來增強(qiáng)葉片韌度，但這帶來成本的增加。“我們正在研究如何降低碳纖維的成本。” Griffith在接受采訪時(shí)說。

這項(xiàng)關(guān)于風(fēng)機(jī)葉片材料的研究，得到了美國能源局的支持。

葉片的測(cè)試工作將于今年夏天在美國科羅拉多州的NRLE國家風(fēng)能技術(shù)研究中心進(jìn)行。為提高測(cè)試效率，研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃將SUMR葉片的設(shè)計(jì)理念應(yīng)用于一臺(tái)13.2MW，葉片長度為105米的機(jī)型。測(cè)試者將按1:5的比例制造一個(gè)雙葉片轉(zhuǎn)子和兩個(gè)21米長的葉片。

測(cè)試產(chǎn)生的性能數(shù)據(jù)將反饋給研發(fā)團(tuán)隊(duì)，用于完善50MW風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)工作。該型風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)工作預(yù)計(jì)將于2019年春天完成。到2021年，50MW風(fēng)機(jī)或?qū)⑼瓿蓪?shí)物生產(chǎn)。