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風(fēng)機(jī)發(fā)電制造商:邁向100米的巨型葉片制造

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2014-10-15     來(lái)源:[標(biāo)簽:出處]     作者:[標(biāo)簽:作者]     瀏覽次數(shù):124
核心提示:

  為了能在與化石燃料競(jìng)爭(zhēng)中有立足之地,風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造商正在競(jìng)相開發(fā)長(zhǎng)達(dá)100米的葉片。

巨大的葉片:上圖是風(fēng)電巨頭維斯塔斯公司(Vestas)正在研發(fā)的80米長(zhǎng)葉片的成形設(shè)備。

  Blade Dynamics公司成立已有6年,它的所有人之一便是致力于風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì),為風(fēng)電場(chǎng)供應(yīng)電子設(shè)備的美國(guó)超導(dǎo)公司(American Superconductor)。Blade Dynamics最近表示已經(jīng)開發(fā)出了一種技術(shù),可以制造出全球最大的風(fēng)機(jī)葉片。這種技術(shù)已經(jīng)成功生產(chǎn)出了49米長(zhǎng)的葉片,F(xiàn)在,能源技術(shù)研究所(Energy Technologies Institute)已經(jīng)資助Blade Dynamics公司近2500萬(wàn)美元,用于開發(fā)100米長(zhǎng)的葉片。能源技術(shù)研究所是英國(guó)政府以及一些工業(yè)巨頭,例如英國(guó)石油公司(BP),殼牌(Shell)以及卡特彼勒公司(Caterpillar)的合作伙伴。他們還能制造250米高的風(fēng)機(jī),這個(gè)高度將會(huì)超過(guò)169米的華盛頓紀(jì)念碑。目前最大的風(fēng)機(jī)葉片只有75米長(zhǎng)。

  這些工作并不僅僅是為了攀比記錄,吸引眼球。找到一種廉價(jià)的辦法來(lái)生產(chǎn)巨形葉片是讓海上風(fēng)機(jī)能夠匹敵化石燃料的最大挑戰(zhàn)之一。風(fēng)電巨頭,例如通用公司(GE)和維斯塔斯(Vestas)都試圖找到解決這個(gè)問(wèn)題的辦法。

  海風(fēng)是一種最佳的風(fēng)力資源,因?yàn)槠滹L(fēng)力相比陸地更穩(wěn)定,更快,擾動(dòng)更少。風(fēng)力發(fā)電機(jī)僅僅占建設(shè)海上風(fēng)電場(chǎng)大約三分之一的成本,安裝成本則是主要開支,因?yàn)榘惭b需要專門的巨型船只,并且安裝時(shí)機(jī)也會(huì)因?yàn)閻毫拥奶鞖鈼l件而拖延。使用巨型風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以減少風(fēng)機(jī)數(shù)量,降低安裝和維護(hù)成本。

  制造巨型風(fēng)機(jī)的一個(gè)問(wèn)題是葉片的巨額成本。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)越來(lái)越大,葉片承受的風(fēng)載以及承受風(fēng)載時(shí)的葉片重量成指數(shù)增長(zhǎng)。傳統(tǒng)的葉片生產(chǎn)辦法包括葉片成型,也需要和葉片一樣長(zhǎng)。成型設(shè)備和其他制造成型的設(shè)備變得異常巨大,而且又是特殊定制的,所以只有極少數(shù)的供應(yīng)商能夠供貨,這樣就提高了生產(chǎn)設(shè)備的成本。同時(shí),當(dāng)葉片變得越來(lái)越大時(shí),保證葉片準(zhǔn)確成型也越來(lái)越困難。

  一些主要的風(fēng)電生產(chǎn)商則堅(jiān)持走增大葉片成型的路子,不過(guò)他們采用了碳加強(qiáng)型的玻璃纖維和創(chuàng)新的葉片設(shè)計(jì),這將抵消一部分增加的生產(chǎn)成本。同時(shí),他們也希望能通過(guò)減少安裝和其他成本來(lái)降低總造價(jià)。例如,西門子(Siemens)正在使用大型成型技術(shù)生產(chǎn)75米長(zhǎng)的葉片,維斯塔斯也在為風(fēng)機(jī)研發(fā)80米長(zhǎng)的葉片。

  與維斯塔斯使用碳加強(qiáng)型玻璃纖維葉片不同,Blade Dynamics公司生產(chǎn)的是完全不使用玻璃纖維的葉片。Blade Dynamics公司已經(jīng)開發(fā)出一些專*技術(shù),可以制造出12到20米的碳纖維葉片片段,之后把這些葉片無(wú)縫粘連起來(lái),這樣就不需要大型成型設(shè)備了。早先的一些對(duì)于葉片模塊化的嘗試使用螺栓將葉片一段段連接起來(lái),但是這么做會(huì)在連接處產(chǎn)生壓力點(diǎn),這個(gè)問(wèn)題使葉片很容易被損壞。

  碳纖維要比玻璃纖維昂貴,所以對(duì)一定長(zhǎng)度的葉片來(lái)說(shuō),碳纖維的價(jià)格更高。但是Blade Dynamics公司的高級(jí)技術(shù)經(jīng)理大衛(wèi).克里普斯(David Cripps)稱,使用碳纖維可以從幾個(gè)方面降低風(fēng)力發(fā)電機(jī)的總成本。他說(shuō),通過(guò)分段生產(chǎn)葉片的方法,可以制造出更精確的空氣動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu),從而提高風(fēng)機(jī)性能。此外,碳纖維比玻璃纖維要輕很多,這樣就可能在現(xiàn)有的風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)上應(yīng)用更長(zhǎng)的葉片。例如,公司研制的49米葉片的重量比傳統(tǒng)標(biāo)配的45米葉片還輕。更長(zhǎng)的葉片能從風(fēng)中捕獲更多的能量,從而在低風(fēng)速時(shí)發(fā)出更多電能,增加利潤(rùn)。

  更輕的葉片讓新型風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)變成了可能。這些新設(shè)計(jì)帶有更輕、更便宜的部件,例如主軸、塔筒和基建?死锲账拐f(shuō):“相比24噸重的電機(jī)轉(zhuǎn)子,葉片更輕后,你也許只要使用15噸重的轉(zhuǎn)子就可以了。對(duì)于超長(zhǎng)的懸臂塔筒來(lái)說(shuō),這些重量上的減少至關(guān)重要。”

  這些技術(shù)只是美國(guó)超導(dǎo)公司(American Superconductor)10兆瓦風(fēng)機(jī)戰(zhàn)略設(shè)計(jì)的一部分(海上風(fēng)機(jī)通常是3.6兆瓦,或是更為少見的6兆瓦)。公司正在利用超導(dǎo)材料減少風(fēng)力發(fā)電機(jī)的重量。根據(jù)公司的說(shuō)法,其正研發(fā)的10兆瓦風(fēng)機(jī)和5兆瓦風(fēng)機(jī)的重量相仿,這樣就能極大地降低安裝成本。

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