科学家设计世界最大风力涡轮机

2017-07-10 09:37:50 中国科学报　作者：晋楠　点击量：评论 (0)

美国风能正在上涨，过去9年，该国可再生能源的总量增长了3倍多，其中风能和太阳能占多数。现在，产业界计划利用更多的风能，而降低成本的最佳方式之一是建造更大的涡轮机。这正是由弗吉尼亚大学研究人员带领的包

美国风能正在上涨，过去9年，该国可再生能源的总量增长了3倍多，其中风能和太阳能占多数。现在，产业界计划利用更多的风能，而降低成本的最佳方式之一是建造更大的涡轮机。这正是由弗吉尼亚大学研究人员带领的包括6个机构在内的联合团队设计全世界最大风力涡轮机的原因。该涡轮机高500米，比纽约帝国大厦还高约57米。

现在的涡轮机已经比15至20年前大得多了。规模在变化，今天的风电场高度通常在70米，其叶轮长约50米。它们的电能输出取决于规模和高度，其电力一般在1兆瓦到5兆瓦之间，位于较高电量一端时，它们足以为1100户人家提供电能。“使用更大规模的风电涡轮机的原因与经济有很大关系。”纽约州立大学布法罗分校机械与航空航天工程学院助理教授John Hall解释说，其原因之一是大型叶轮的风力更大、在较高海拔时更加稳定，因此成本效益更佳。为此，该巨型涡轮机项目负责人、能源部高级研究计划局的Eric Loth说，用更高的涡轮机能够“捕集更多能量”。

风能专家表示“大了更好”还有另外一个原因：更长的涡轮叶片还能更有效地捕捉风能，而更高的塔楼则能拥有更长的叶轮。涡轮机的电量与其“扫略面积”——涡轮叶片旋转所覆盖的区域——直接相关，马萨诸塞大学罗威尔分校风能中心主任、机械工程师Christopher Niezrecki解释说。这一关系并非线性的，如果叶片长度加倍，Niezrecki解释说，一个风力发电系统将能产生4倍的能量。他指出，更大涡轮机的“切入”速度——它们能够开始产生能量时的风速——也较低一些。

Loth团队计划设计一个叶片长200米的50兆瓦的风电系统，它比目前的风电涡轮机大得多。如果能够成功，他们认为该涡轮机的能量将会比现有设备强10倍。科学家并不打算仅扩大传统设计的规模，他们在从根本上改变涡轮机的机构。这个超大的机器将拥有两个叶片，而非通常的三个，从而减轻结构的重量并降低成本。Loth说，减少叶片的数量通常会让一个涡轮机降低效率，但他所在团队正在利用一个先进涡轮气动设计，他表示该设计可以在很大程度上弥补相应的损失。