探索研究巨型風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片

　　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(kāi)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。現(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(kāi)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(kāi)支，因?yàn)榘惭b需要專門(mén)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(mén)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，明年將會(huì)上市。
　　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(kāi)發(fā)出一些專利技術(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)。