1.什么是超導(dǎo)風(fēng)機(jī)？
討論超導(dǎo)風(fēng)機(jī)之前，先來看看超導(dǎo)是什么？
超導(dǎo)是指某些物質(zhì)在一定溫度條件下電阻降為零的性質(zhì)。但由于超導(dǎo)一般發(fā)生在極低溫度條件下，所以尋找提升超導(dǎo)現(xiàn)象環(huán)境溫度的辦法、生產(chǎn)相對(duì)高溫的高溫超導(dǎo)體，一直是各國(guó)科學(xué)家努力的方向。
超導(dǎo)風(fēng)機(jī)就是在風(fēng)力發(fā)電機(jī)中用高溫超導(dǎo)體來代替普通電機(jī)的銅線圈作為電機(jī)勵(lì)磁繞組的電機(jī)。
GE高溫超導(dǎo)（HTS）發(fā)電機(jī)Hydrogenie的組件
好吧，其實(shí)超導(dǎo)風(fēng)機(jī)的定義是什么不太重要，我們只需要了解它的特點(diǎn)就好。
超導(dǎo)風(fēng)機(jī)最大的特點(diǎn)就是：發(fā)電效率高！小！輕！
高溫超導(dǎo)材料的低電阻甚至是零電阻的特點(diǎn)能夠有效提高發(fā)電效率。從理論上說，對(duì)于相同容量的發(fā)電機(jī)，高溫超導(dǎo)發(fā)電機(jī)的重量可以降低為常規(guī)電機(jī)的1/2-1/3，這對(duì)需要把大功率電機(jī)安放到十?dāng)?shù)米甚至更高的地方的風(fēng)機(jī)來說，可以極大的降低風(fēng)電長(zhǎng)的建設(shè)和安裝成本；如果保持發(fā)電機(jī)的體積重量不變，高溫超導(dǎo)發(fā)電機(jī)的容量可以提高數(shù)倍，有效降低風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電成本。
超導(dǎo)風(fēng)機(jī)同時(shí)還有同步阻抗低、噪音低、諧波含量少、維護(hù)簡(jiǎn)單、勵(lì)磁繞組不易產(chǎn)生熱疲勞等優(yōu)點(diǎn)。
2.現(xiàn)在的風(fēng)機(jī)技術(shù)&未來風(fēng)機(jī)前景
目前，風(fēng)電市場(chǎng)上應(yīng)用廣泛的是雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)和直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
二者的主要差異在于前者有齒輪箱，后者沒有。更詳細(xì)的異同我們之前已發(fā)表過文章詳細(xì)分析，想了解的朋友歡迎點(diǎn)擊聊天界面下方：風(fēng)聲—技術(shù)，即可查看。
現(xiàn)在風(fēng)機(jī)技術(shù)的研究方向主要有兩個(gè)，一個(gè)是規(guī)模上求大，即繼續(xù)研發(fā)10MW風(fēng)機(jī)，一個(gè)是材料上求新，即研究超導(dǎo)風(fēng)機(jī)。
電風(fēng)機(jī)難以承受之重
不要多想，這里的“重”就是說重量沉。大家都知道大部分兆瓦級(jí)雙饋式和直驅(qū)永磁等電機(jī)組都又沉又大。除此之外，兆瓦級(jí)風(fēng)機(jī)還要面臨可靠性，運(yùn)行過程中發(fā)電效率降低以及原材料可獲得性低等問題。
風(fēng)機(jī)市場(chǎng)中機(jī)型的分布情況也從一個(gè)側(cè)面反應(yīng)了現(xiàn)在主流風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)上的問題。中國(guó)風(fēng)能協(xié)會(huì)7月公布的2015年上半年中國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量統(tǒng)計(jì)顯示，從機(jī)型分布上看，2MW機(jī)組終于超越1.5MW機(jī)組成為上半年裝機(jī)的主力機(jī)型，容量達(dá)到509.6萬千瓦，占到上半年全部裝機(jī)容量的50%；1.5MW機(jī)組裝機(jī)容量占全部裝機(jī)容量的35.8%。1.5MW與2MW機(jī)組占全部裝機(jī)容量的85.8%。同時(shí)MAKE亞太區(qū)首席代表孫文軒也向小編介紹了國(guó)內(nèi)外大功率風(fēng)機(jī)的基本情況，目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中3MW風(fēng)機(jī)市場(chǎng)份額比較小，金風(fēng)科技的3MW機(jī)型仍處樣機(jī)及測(cè)試階段，未獲得足夠訂單實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，遠(yuǎn)景3MW平臺(tái)機(jī)型也沒有批量化生產(chǎn)。國(guó)際上3MW機(jī)型的銷售情況比中國(guó)要好一點(diǎn)，但主流機(jī)型仍是2MW平臺(tái)。
現(xiàn)階段，相較3MW的“大家伙”，顯然2MW平臺(tái)能夠更好的適應(yīng)市場(chǎng)需求。
至于8/10MW的“巨無霸”，有業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，如果說永磁直驅(qū)技術(shù)將風(fēng)機(jī)推進(jìn)到了5MW的世界，在更大功率10MW的風(fēng)機(jī)面前，永磁直驅(qū)或雙饋式技術(shù)都過于勉強(qiáng)，因?yàn)樵谶@個(gè)功率設(shè)計(jì)下，發(fā)動(dòng)機(jī)的尺寸和重量都難以想象。孫文軒表示，10MW的風(fēng)機(jī)現(xiàn)在還在研發(fā)階段，暫時(shí)還沒有任何一家風(fēng)機(jī)生產(chǎn)商獲得重大突破，其技術(shù)限制較大，需重大創(chuàng)新突破才能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的10MW+機(jī)型。預(yù)計(jì)在2020年前都看不到10MW風(fēng)機(jī)出現(xiàn)。
只有研發(fā)具有更高功率密度的發(fā)電機(jī)才能更好的適應(yīng)未來風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展的需求。
小而經(jīng)濟(jì)的超導(dǎo)新選擇
超導(dǎo)風(fēng)機(jī)概念圖
出于實(shí)際應(yīng)用中的經(jīng)濟(jì)性考慮，或許超導(dǎo)風(fēng)機(jī)更有利于實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)技術(shù)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。超導(dǎo)體的零電阻特性不僅解決了散熱問題，同時(shí)減小體積與重量；另外，相比于目前廣泛使用的永磁風(fēng)力電機(jī)，超導(dǎo)體電機(jī)僅需要不到其1%的稀土。因此超導(dǎo)體可以使風(fēng)機(jī)設(shè)備高效、穩(wěn)固、簡(jiǎn)潔，并可大大節(jié)省原材料、降低建設(shè)、運(yùn)營(yíng)與維護(hù)成本、提高電機(jī)的使用壽命。
3.大家談：超導(dǎo)風(fēng)機(jī)走出實(shí)驗(yàn)室還需要5-10年
MAKE新能源咨詢孫文軒：超導(dǎo)風(fēng)機(jī)應(yīng)該說目前還只是一個(gè)概念，超導(dǎo)技術(shù)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用是有的，但是應(yīng)用在風(fēng)機(jī)上，個(gè)人認(rèn)為現(xiàn)階段還是不太可行的。如果說有一個(gè)重大技術(shù)突破或者生產(chǎn)出樣機(jī)，可能至少還需要5-10年，至于大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)，還需要30-50年都是有可能的。
目前超導(dǎo)風(fēng)機(jī)的技術(shù)限制比較多，最重要的是低溫環(huán)境的問題，如何在風(fēng)機(jī)里做到這一點(diǎn)還是比較困難的。另一個(gè)是超導(dǎo)材料的供應(yīng)量和價(jià)格都是問題，超導(dǎo)風(fēng)機(jī)如果要大規(guī)模投產(chǎn)的話，這是一定要考慮的。
在效率方面，超導(dǎo)技術(shù)的特性理論上確實(shí)可以提高發(fā)電效率，但是現(xiàn)在也沒有任何一家公司可以提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)來證明在多大程度上可以實(shí)現(xiàn)提高效率，降低成本。
知乎ID峻衣：目前來說超導(dǎo)風(fēng)機(jī)的研發(fā)方向是高溫超導(dǎo)，溫度能提高到40K左右，是比較高端的技術(shù)了。這種技術(shù)我沒有接觸過。
但是首先，我比較擔(dān)心密封性，運(yùn)行時(shí)風(fēng)機(jī)上的振動(dòng)非常大，而且隨風(fēng)速有不同頻率的諧振，急停的時(shí)候振動(dòng)更大，會(huì)對(duì)密封有非常高的要求，因?yàn)槌瑢?dǎo)內(nèi)部是液態(tài)氮制冷，一旦泄露會(huì)對(duì)其他設(shè)備造成無法修復(fù)的損失。
其次就是大風(fēng)大雨雷電天氣可能會(huì)造成風(fēng)機(jī)線路故障，對(duì)于這種高端技術(shù)部分一旦故障，維修成本會(huì)很高，而且一般人員無法完成，會(huì)影響可利用率。
就目前風(fēng)機(jī)的技術(shù)來說，如果只是單單在發(fā)電部分應(yīng)用高端技術(shù)，而其他部分沒有同步提高，那么也不可能大規(guī)模推廣。大規(guī)模生產(chǎn)我認(rèn)為暫時(shí)不會(huì)。現(xiàn)在有試驗(yàn)站，但是實(shí)驗(yàn)站這東西都要好多年的。
能豆粉王勇：我覺得風(fēng)機(jī)樣機(jī)也是5-10年的事情，大規(guī)模就沒有辦法說了。超導(dǎo)發(fā)電機(jī)主要是高溫超導(dǎo)材料的問題，現(xiàn)在的高溫超導(dǎo)材料的溫度也在零下100多度，持續(xù)液氮冷卻。不過一旦技術(shù)成熟，確實(shí)可能成本下降30%以上，但技術(shù)成熟時(shí)間就太長(zhǎng)了，而且用在用在更大容量發(fā)電機(jī)上更合算。
