葉片動力學公司建造風輪機葉片巨無霸

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誕生僅6年的葉片動力學公司（BladeDynamics）近日宣布，它們已研發出能制造世界最大風輪機葉片的技術。知名企業美國超導公司（AmericanSuperconductor）擁有葉片動力學公司的部分股權，它是風電場電子設備領域風輪機的設計和生產商。

葉片動力學公司通過制造49米長的風輪機葉片展示了這項技術。目前，能源技術研究所已向該公司投資2500萬美元用來建造100米葉片，該所是英國政府與BP、殼牌、卡特彼勒等大公司合建的。他們未來可能建造250米長的風輪機，遠高於169米高的華盛頓紀念碑，而現在全球最大的風輪機葉片只有75米長。

不斷地打破葉片制造的長度，並不僅只是為了創造紀錄。海上風力發電要想打敗化石燃料發電，最大的挑戰之一便是將巨大的風輪機成本降到可接受的程度。通用電器、維斯塔斯等主要風電公司正在積極探索可行技術。

最適宜發電的風有些是海風，比陸地上的風更快、更為穩定，而且擾動少。不過，海上風輪機成本是岸上風輪機成本的3倍，其中安裝費是主要開支，因為要動用巨大的專用船，而且遇到惡劣天氣工期還會被拖延。因此，使用更大的風輪機會減少所需風輪機數量，降低安裝和維護成本。

建造大型風輪機的一個問題是葉片建造成本十分高昂。風輪機越大，葉片承受的壓力也就越大，其重量呈指數級增長。傳統的葉片制造方法是建造與葉片一樣大的組件。建造葉片所需組件等設備越來越大、越來越專，供應商就越來越少，建造設備成本也越來越高。此外，葉片越大，確保精確組裝也變得越來越難。

一些風輪機大制造商仍堅持使用大型組件，但采用碳增強型玻璃纖維葉片和新型的葉片設計來消化制造成本的上升，依靠節省安裝成本等推進大型風輪機的商業化。比如西門子公司使用大型組件建造75米葉片，維斯塔斯的80米葉片風輪機則將於明年面世。

葉片動力學公司沒有像維斯塔斯那樣使用碳增強型葉片，而是全部采用碳纖維來建造葉片。他們研發出的獨特方法是先建造12至20段碳纖維葉片，然後將其無縫拼接，從而無須建造大型組件。以前在探索葉片生產模塊化時該公司曾嘗試鉚接各部分，但這樣在葉片內部就產生了應力點，大大降低了葉片強度。

碳纖維比玻璃纖維貴，所以在今後一段時間內碳纖維葉片成本會更高。不過葉片動力學高級技術經理大衛·克裏普斯認為，碳纖維葉片可以從多個方面提高風輪機的整體經濟性。

他表示，通過分段建造葉片，人們可以造出更為精確的空氣動力學結構，從而提高性能。而且由於碳纖維葉片比玻璃纖維葉片輕很多，就有可能設計更長的葉片。比如公司49米長的碳纖維葉片重量不超過依照風輪機原有設計生產的常規45米長葉片。同時，更長的葉片可以收集更多的風能，從而使風輪機在較低風速下發出更多的電，增加收入。葉片重量變輕就可能設計出使用更輕、更廉價部件（驅動軸、塔、基礎等）的新型風輪機。

克裏普斯說：“轉子重量將從24噸降至15噸，這樣長長的懸臂塔塔端就可大大減輕重量。”

據介紹，研制大葉片是美國超導公司向市場推出10兆瓦風輪機計劃的一部分（海上風電場通常使用3.6兆瓦渦輪機，6兆瓦的就比較少見了）。超導公司正采用超導材料降低風輪發電機重量，研制中的10兆瓦渦輪機的重量只相當於5兆瓦渦輪機，可以持續降低安裝成本。

（中國科學技術信息研究所賈偉編譯）

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