探索研究巨型風力發(fā)電機葉片

　　Blade Dynamics公司成立已有6年，它的所有人之一便是致力于風力發(fā)電機設計，為風電場供應電子設備的美國超導公司(American Superconductor)。Blade Dynamics最近表示已經(jīng)開發(fā)出了一種技術，可以制造出全球最大的風機葉片。這種技術已經(jīng)成功生產(chǎn)出了49米長的葉片。現(xiàn)在，能源技術研究所(Energy Technologies Institute)已經(jīng)資助Blade Dynamics公司近2500萬美元，用于開發(fā)100米長的葉片。能源技術研究所是英國政府以及一些工業(yè)巨頭，例如英國石油公司(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米高的風機，這個高度將會超過169米的華盛頓紀念碑。目前最大的風機葉片只有75米長。 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機能夠匹敵化石燃料的最大挑戰(zhàn)之一。風電巨頭，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。
　　海風是一種最佳的風力資源，因為其風力相比陸地更穩(wěn)定，更快，擾動更少。風力發(fā)電機僅僅占建設海上風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。使用巨型風力發(fā)電機可以減少風機數(shù)量，降低安裝和維護成本。
　　制造巨型風機的一個問題是葉片的巨額成本。當風力發(fā)電機越來越大，葉片承受的風載以及承受風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。成型設備和其他制造成型的設備變得異常巨大，而且又是特殊定制的，所以只有極少數(shù)的供應商能夠供貨，這樣就提高了生產(chǎn)設備的成本。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生產(chǎn)75米長的葉片，維斯塔斯也在為風機研發(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，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結(jié)構(gòu)，從而提高風機性能。此外，碳纖維比玻璃纖維要輕很多，這樣就可能在現(xiàn)有的風機設計上應用更長的葉片。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。更長的葉片能從風中捕獲更多的能量，從而在低風速時發(fā)出更多電能，增加利潤。