美國風能產業發展勢頭迅猛。據統計，過去9年，美國可再生能源的總量增長了3倍多，其中風能和太陽能占比最大。未來，美國計劃利用更多的風能，為進一步降低成本，他們將建造更大的風力發電機。據悉，這個致力于建造世界最大風力發電機的項目已經啟動。該項目由弗吉尼亞大學研究員帶隊，一共有6個機構聯合參與，計劃建造的風機高500米，比美國帝國大廈還高57米。
其實，現在的風電機組已經比15年或20年前大多了。風機的的電能輸出受葉片長度和風塔高度影響，當前的風塔高度通常在70米，葉片長約50米。
“使用更大規模風力發電機會更具經濟性。”紐約州立大學布法羅分校機械與航空航天工程學院副教授約翰˙霍爾（John Hall）解釋說。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，該巨型風機項目負責人、美國能源部高級研究計劃局的埃里克˙洛斯（Eric Loth）說，用更高的風機能夠“捕集更多能量”。
風能專家表示，風機“越大越好”還有另外一個原因：更長的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。馬薩諸塞大學羅威爾分校風能中心主任、機械工程師克里斯托弗˙尼茲雷克（Christopher Niezrecki）解釋說：“發電機的電量與其‘掃風面積’——渦輪葉片旋轉所覆蓋的區域——直接相關。如果葉片長度加倍，一個風力發電系統將能產生4倍的能量。”他還指出，發電機越大，其“切入速度”——能夠開始產生能量時的風速——也會越低一些。
洛斯團隊計劃設計一個葉片長200米、50兆瓦的風電系統，如果能夠成功，該發電機的能量將會比現有設備強10倍。他們不僅擴大傳統設計的規模，而且嘗試從根本上改變發電機的機構。該機器將擁有兩片葉片，而非通常的三片，這將減輕整個結構的重量并降低成本。洛斯表示，通常，減少葉片的數量會讓發電機降低效率，但他的團隊正在利用一個先進渦輪氣動設計，可以在很大程度上彌補相應的損失。
根據團隊的設想，這些風機將安置在遠離陸地、離海岸線至少80公里的大西洋東部海域。該海域雖然風力強勁，但也容易被暴風雨襲擊，研究一度陷入困境。不經意間，研究人員受到了“棕櫚樹”的啟發，它們很高但枝干柔軟，如遇大風，樹干可自由彎曲。洛斯表示：“我們嘗試使用相同的概念來設計風力發電機，賦予其強大的靈活性，以適應不穩定的氣流。”
在整個風機設計中，兩片葉片會隨風向變化。洛斯表示，巨大而靈活的葉片將會像棕櫚樹葉一樣隨著暴風彎曲起伏，這種設計減少了很多固定葉片需要的材料成本，也降低了強風會將旋轉葉片向塔架彎曲的可能性，提高了整個結構的堅韌程度。
事實上，這個巨型發電機設想還面臨諸多挑戰和質疑，因為迄今為止并沒有風機接近這個尺寸。“如何制造200米長的葉片？怎么把它們放在一起？起重機高度有限，如何搭起500米高的塔？……”尼茲雷克率先質疑并指出，“我不否認這個項目有很高的回報率，但它還有很多問題需要研究和解決。”
霍爾教授則質疑這個巨大的發電機尺寸是否是最佳，“我們都知道越大越好，但關鍵是多大最好，這個問題很值得研究”。
目前，洛斯和他的團隊正在設計整個發電機的結構和控制系統。夏天的時候，他們正建造一個直徑約兩米的模型；明年夏天，他們計劃用兩個20米長的葉片來設計一個更大的模型并在科羅拉多州進行測試。
作為該項目的負責人，洛斯也不能百分百確定這個龐大的發電機將成為現實，但他堅定地認為這值得嘗試，“這是一個非常新的概念，我不能保證它會奏效，但如果成功，這或將顛覆整個海上風能產業。”洛斯如是說。（中國能源報編譯，原載《科學美國人》網站）
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