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制造商探索研究巨型风力发电机叶片

作者: 来源:麻省理工科技创业 发布时间:2013-04-05 浏览:
    中国储能网讯:巨大的叶片:上图是风电巨头维斯塔斯公司(Vestas)正在研发的80米长叶片的成型设备。
 
    Blade Dynamics公司成立已有6年,它的所有人之一便是致力于风力发电机设计,为风电场供应电子设备的美国超导公司(American Superconductor)。Blade Dynamics最近表示已经开发出了一种技术,可以制造出全球最大的风机叶片。这种技术已经成功生产出了49米长的叶片。现在,能源技术研究所(Energy Technologies Institute)已经资助Blade Dynamics公司近2500万美元,用于开发100米长的叶片。能源技术研究所是英国政府以及一些工业巨头,例如英国石油公司(BP),壳牌(Shell)以及卡特彼勒公司(Caterpillar)的合作伙伴。他们还能制造250米高的风机,这个高度将会超过169米的华盛顿纪念碑。目前最大的风机叶片只有75米长。
 
    这些工作并不仅仅是为了攀比记录,吸引眼球。找到一种廉价的办法来生产巨形叶片是让海上风机能够匹敌化石燃料的最大挑战之一。风电巨头,例如通用公司(GE)和维斯塔斯(Vestas)都试图找到解决这个问题的办法。
 
    海风是一种最佳的风力资源,因为其风力相比陆地更稳定,更快,扰动更少。风力发电机仅仅占建设海上风电场大约三分之一的成本,安装成本则是主要开支,因为安装需要专门的巨型船只,并且安装时机也会因为恶劣的天气条件而拖延。使用巨型风力发电机可以减少风机数量,降低安装和维护成本。
 
    制造巨型风机的一个问题是叶片的巨额成本。当风力发电机越来越大,叶片承受的风载以及承受风载时的叶片重量成指数增长。传统的叶片生产办法包括叶片成型,也需要和叶片一样长。成型设备和其他制造成型的设备变得异常巨大,而且又是特殊定制的,所以只有极少数的供应商能够供货,这样就提高了生产设备的成本。同时,当叶片变得越来越大时,保证叶片准确成型也越来越困难。
 
    一些主要的风电生产商则坚持走增大叶片成型的路子,不过他们采用了碳加强型的玻璃纤维和创新的叶片设计,这将抵消一部分增加的生产成本。同时,他们也希望能通过减少安装和其他成本来降低总造价。例如,西门子(Siemens)正在使用大型成型技术生产75米长的叶片,维斯塔斯也在为风机研发80米长的叶片,明年将会上市。
 
    与维斯塔斯使用碳加强型玻璃纤维叶片不同,Blade Dynamics公司生产的是完全不使用玻璃纤维的叶片。Blade Dynamics公司已经开发出一些专利技术,可以制造出12到20米的碳纤维叶片片段,之后把这些叶片无缝粘连起来,这样就不需要大型成型设备了。早先的一些对于叶片模块化的尝试使用螺栓将叶片一段段连接起来,但是这么做会在连接处产生压力点,这个问题使叶片很容易被损坏。
 
    碳纤维要比玻璃纤维昂贵,所以对一定长度的叶片来说,碳纤维的价格更高。但是Blade Dynamics公司的高级技术经理大卫.克里普斯(David Cripps)称,使用碳纤维可以从几个方面降低风力发电机的总成本。他说,通过分段生产叶片的方法,可以制造出更精确的空气动力学结构,从而提高风机性能。此外,碳纤维比玻璃纤维要轻很多,这样就可能在现有的风机设计上应用更长的叶片。例如,公司研制的49米叶片的重量比传统标配的45米叶片还轻。更长的叶片能从风中捕获更多的能量,从而在低风速时发出更多电能,增加利润。
 
    更轻的叶片让新型风机设计变成了可能。这些新设计带有更轻、更便宜的部件,例如主轴、塔筒和基建。克里普斯说:“相比24吨重的电机转子,叶片更轻后,你也许只要使用15吨重的转子就可以了。对于超长的悬臂塔筒来说,这些重量上的减少至关重要。”
 
    这些技术只是美国超导公司(American Superconductor)10兆瓦风机战略设计的一部分(海上风机通常是3.6兆瓦,或是更为少见的6兆瓦)。公司正在利用超导材料减少风力发电机的重量。根据公司的说法,其正研发的10兆瓦风机和5兆瓦风机的重量相仿,这样就能极大地降低安装成本。
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