科學家設計世界最大風力渦輪機

2017-07-10 09:37:50 中國科學報　作者：晉楠　點擊量：434 評論 (0)

美國風能正在上漲，過去9年，該國可再生能源的總量增長了3倍多，其中風能和太陽能占多數。現在，產業界計劃利用更多的風能，而降低成本的最佳方式之一是建造更大的渦輪機。這正是由弗吉尼亞大學研究人員帶領的包

美國風能正在上漲，過去9年，該國可再生能源的總量增長了3倍多，其中風能和太陽能占多數。現在，產業界計劃利用更多的風能，而降低成本的最佳方式之一是建造更大的渦輪機。這正是由弗吉尼亞大學研究人員帶領的包括6個機構在內的聯合團隊設計全世界最大風力渦輪機的原因。該渦輪機高500米，比紐約帝國大廈還高約57米。

現在的渦輪機已經比15至20年前大得多了。規模在變化，今天的風電場高度通常在70米，其葉輪長約50米。它們的電能輸出取決于規模和高度，其電力一般在1兆瓦到5兆瓦之間，位于較高電量一端時，它們足以為1100戶人家提供電能。“使用更大規模的風電渦輪機的原因與經濟有很大關系。”紐約州立大學布法羅分校機械與航空航天工程學院助理教授John Hall解釋說，其原因之一是大型葉輪的風力更大、在較高海拔時更加穩定，因此成本效益更佳。為此，該巨型渦輪機項目負責人、能源部高級研究計劃局的Eric Loth說，用更高的渦輪機能夠“捕集更多能量”。

風能專家表示“大了更好”還有另外一個原因：更長的渦輪葉片還能更有效地捕捉風能，而更高的塔樓則能擁有更長的葉輪。渦輪機的電量與其“掃略面積”——渦輪葉片旋轉所覆蓋的區域——直接相關，馬薩諸塞大學羅威爾分校風能中心主任、機械工程師Christopher Niezrecki解釋說。這一關系并非線性的，如果葉片長度加倍，Niezrecki解釋說，一個風力發電系統將能產生4倍的能量。他指出，更大渦輪機的“切入”速度——它們能夠開始產生能量時的風速——也較低一些。

Loth團隊計劃設計一個葉片長200米的50兆瓦的風電系統，它比目前的風電渦輪機大得多。如果能夠成功，他們認為該渦輪機的能量將會比現有設備強10倍。科學家并不打算僅擴大傳統設計的規模，他們在從根本上改變渦輪機的機構。這個超大的機器將擁有兩個葉片，而非通常的三個，從而減輕結構的重量并降低成本。Loth說，減少葉片的數量通常會讓一個渦輪機降低效率，但他所在團隊正在利用一個先進渦輪氣動設計，他表示該設計可以在很大程度上彌補相應的損失。