
這些工作并不僅僅是為了攀比記錄,吸引眼球。找到一種廉價的辦法來生產(chǎn)巨形葉片是讓海上風(fēng)機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問題的辦法。
海風(fēng)是一種最佳的風(fēng)力資源,因為其風(fēng)力相比陸地更穩(wěn)定,更快,擾動更少。風(fēng)力發(fā)電機僅僅占建設(shè)海上風(fēng)電場大約三分之一的成本,安裝成本則是主要開支,因為安裝需要專門的巨型船只,并且安裝時機也會因為惡劣的天氣條件而拖延。使用巨型風(fēng)力發(fā)電機可以減少風(fēng)機數(shù)量,降低安裝和維護成本。
制造巨型風(fēng)機的一個問題是葉片的巨額成本。當風(fēng)力發(fā)電機越來越大,葉片承受的風(fēng)載以及承受風(fēng)載時的葉片重量成指數(shù)增長。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。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,當葉片變得越來越大時,保證葉片準確成型也越來越困難。
一些主要的風(fēng)電生產(chǎn)商則堅持走增大葉片成型的路子,不過他們采用了碳加強型的玻璃纖維和創(chuàng)新的葉片設(shè)計,這將抵消一部分增加的生產(chǎn)成本。同時,他們也希望能通過減少安裝和其他成本來降低總造價。例如,西門子(Siemens)正在使用大型成型技術(shù)生產(chǎn)75米長的葉片,維斯塔斯也在為風(fēng)機研發(fā)80米長的葉片,明年將會上市。
與維斯塔斯使用碳加強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,之后把這些葉片無縫粘連起來,這樣就不需要大型成型設(shè)備了。早先的一些對于葉片模塊化的嘗試使用螺栓將葉片一段段連接起來,但是這么做會在連接處產(chǎn)生壓力點,這個問題使葉片很容易被損壞。
碳纖維要比玻璃纖維昂貴,所以對一定長度的葉片來說,碳纖維的價格更高。但是Blade Dynamics公司的高級技術(shù)經(jīng)理大衛(wèi).克里普斯(David Cripps)稱,使用碳纖維可以從幾個方面降低風(fēng)力發(fā)電機的總成本。他說,通過分段生產(chǎn)葉片的方法,可以制造出更精確的空氣動力學(xué)結(jié)構(gòu),從而提高風(fēng)機性能。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)機設(shè)計上應(yīng)用更長的葉片。例如,公司研制的49米葉片的重量比傳統(tǒng)標配的45米葉片還輕。更長的葉片能從風(fēng)中捕獲更多的能量,從而在低風(fēng)速時發(fā)出更多電能,增加利潤。
更輕的葉片讓新型風(fēng)機設(shè)計變成了可能。這些新設(shè)計帶有更輕、更便宜的部件,例如主軸、塔筒和基建??死锲账拐f:“相比24噸重的電機轉(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。對于超長的懸臂塔筒來說,這些重量上的減少至關(guān)重要。”
這些技術(shù)只是美國超導(dǎo)公司(American Superconductor)10兆瓦風(fēng)機戰(zhàn)略設(shè)計的一部分(海上風(fēng)機通常是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)電機的重量。根據(jù)公司的說法,其正研發(fā)的10兆瓦風(fēng)機和5兆瓦風(fēng)機的重量相仿,這樣就能極大地降低安裝成本。