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叶片动力学公司建造100米风电叶片巨无霸

2013-01-30 16:34
论恒
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  诞生仅6年的叶片动力学公司(Blade Dynamics)近日宣布,它们已研发出能制造世界最大风电叶片的技术。知名企业美国超导公司(American Superconductor)拥有叶片动力学公司的部分股权,它是风电场电子设备领域风轮机的设计和生产商。

  叶片动力学公司通过制造49米长的风电叶片展示了这项技术。目前,能源技术研究所已向该公司投资2500万美元用来建造100米叶片,该所是英国政府与BP、壳牌、卡特彼勒等大公司合建的。他们未来可能建造250米长的风轮机,远高于169米高的华盛顿纪念碑,而现在全球最大的风电叶片只有75米长。

  不断地打破叶片制造的长度,并不仅只是为了创造纪录。海上风力发电要想打败化石燃料发电,最大的挑战之一便是将巨大的风电机组成本降到可接受的程度。通用电器、维斯塔斯等主要风电公司正在积极探索可行技术。

  最适宜发电的风有些是海风,比陆地上的风更快、更为稳定,而且扰动少。不过,海上风电机组成本是岸上风电机组成本的3倍,其中安装费是主要开支,因为要动用巨大的专用船,而且遇到恶劣天气工期还会被拖延。因此,使用更大的风力发电机会减少所需风力发电机数量,降低安装和维护成本。

  建造大型风力发电机的一个问题是叶片建造成本十分高昂。风电机组越大,叶片承受的压力也就越大,其重量呈指数级增长。传统的叶片制造方法是建造与叶片一样大的组件。建造叶片所需组件等设备越来越大、越来越专,供应商就越来越少,建造设备成本也越来越高。此外,叶片越大,确保精确组装也变得越来越难。

  一些风电机组大制造商仍坚持使用大型组件,但采用碳增强型玻璃纤维叶片和新型的叶片设计来消化制造成本的上升,依靠节省安装成本等推进大型风电机组的商业化。比如西门子公司使用大型组件建造75米叶片,维斯塔斯的80米叶片风机则将于明年面世。

  叶片动力学公司没有像维斯塔斯那样使用碳增强型叶片,而是全部采用碳纤维来建造叶片。他们研发出的独特方法是先建造12至20段碳纤维叶片,然后将其无缝拼接,从而无须建造大型组件。以前在探索叶片生产模块化时该公司曾尝试铆接各部分,但这样在叶片内部就产生了应力点,大大降低了叶片强度。

  碳纤维比玻璃纤维贵,所以在今后一段时间内碳纤维叶片成本会更高。不过叶片动力学高级技术经理大卫·克里普斯认为,碳纤维叶片可以从多个方面提高风力发电机的整体经济性。

  他表示,通过分段建造叶片,人们可以造出更为精确的空气动力学结构,从而提高性能。而且由于碳纤维叶片比玻璃纤维叶片轻很多,就有可能设计更长的叶片。比如公司49米长的碳纤维叶片重量不超过依照风机原有设计生产的常规45米长叶片。同时,更长的叶片可以收集更多的风能,从而使风机在较低风速下发出更多的电,增加收入。叶片重量变轻就可能设计出使用更轻、更廉价部件(驱动轴、塔、基础等)的新型风机。

  克里普斯说:“转子重量将从24吨降至15吨,这样长长的悬臂塔塔端就可大大减轻重量。”

  据介绍,研制大叶片是美国超导公司向市场推出10兆瓦风电机组计划的一部分(海上风电场通常使用3.6兆瓦涡轮机,6兆瓦的就比较少见了)。超导公司正采用超导材料降低风轮发电机重量,研制中的10兆瓦涡轮机的重量只相当于5兆瓦涡轮机,可以持续降低安装成本。

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