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【工业之美】这台风机抵得过一个风电场 叶片还

作者:365竞猜 发布时间:2020-12-03 15:57 点击数:

  据美国Greentech Media报道,一组用于50MW风力发电机的涡轮叶片将于今年夏天开始实物测试。测试数据将被用于50MW风机的设计工作。一旦设计完成,新型风机的单机装机容量,将相当于六台现有容量最大的风力发电机组,也与目前一些普通陆上风电场的装机相当。

  目前,世界上最大的风机单机容量为8.8MW,于今年4月在苏格兰阿伯丁海岸安装运营。

  即将投入测试的风机涡轮叶片也被称为分段式超轻型异性转子(Segmented Ultralight Morphing Rotor ,下称SUMR),该叶片可在强风中改变方向,变得与风向平齐。

  “我们正在努力让叶片与载荷路径平齐,这样可减轻叶片的结构重量,同时降低损耗。”弗吉尼亚大学机械与航空工程系主任Eric Loth在接受采访时表示。这种“随波逐流”的叶片设计灵感来自于棕榈树,棕榈叶可以在强风中弯曲并随风摇摆,以此来抵抗飓风。

  研究人员表示,异型叶片将极大地拓展海上风力发电场的选址范围,未来,在南大西洋甚至墨西哥湾地区也可使用风电。这些地区在风暴来临时的最高风速可达到200英里/小时。

  SUMR叶片的研究始于2015年,美国可再生能源实验室(NRLE)、伊利诺伊大学和科罗拉多大学等多家研究机构和高等院校参与其中。研究人员定期与行业咨询委员会中来自风机制造商的专家们进行商议,西门子歌美飒(SGRE)、维斯塔斯、GE的专家都曾参与其中。

  “比起进一步提高风机效率,我们更想开发出一种制造和维护成本都更低的风机。”Loth表示。他同时提到,希望到2025年,这种50MW风机可以将海上风电的平均发电成本拉低50%。

  据彭博新能源财经2017年的预测,海上风电装机量每翻一番,度电成本的降幅约为20%,到2020年,海上风电度电成本将接近于陆上风电的度电成本。

  另据丹麦风能研究和咨询机构MAKE发布的 《全球海上风电市场报告》,截至2017年底,全球累计海上风电装机容量已经达到17.5GW。预计2017-2026年间,全球海上风电产业将稳健发展,复合平均增长率将达到16%。

  Loth认为,对于10MW的风机来说,使用传统风机叶片产生的制造、安装和维护成本将非常昂贵。以GE正在进行测试的12MW风机为例,其叶片长度达107米。“把长度超过100米且无法折叠的叶片从工厂运到安装现场并不容易。”他说。

  用于50MW风机的SUMR叶片长度或将超过200米,与两个足球场的长度相当。但对于SUMR来说并不存在运输问题,因为每个叶片都将被制造成5-7段,由耳轴铰链连接。Loth表示,“靠近涡轮轮毂的耳轴铰链可以让叶片在飓风中实现折叠。”

  “研究的重点之一是如何减轻涡轮叶片的重量。”得克萨斯大学机械工程系副教授Todd Griffith表示,传统的风机叶片主要由玻璃纤维和碳纤维构成,制造商可以通过提高碳纤维的比例来增强叶片韧度,但这带来成本的增加。“我们正在研究如何降低碳纤维的成本。” Griffith在接受采访时说。

  叶片的测试工作将于今年夏天在美国科罗拉多州的NRLE国家风能技术研究中心进行。为提高测试效率,研究团队计划将SUMR叶片的设计理念应用于一台13.2MW,叶片长度为105米的机型。测试者将按1:5的比例制造一个双叶片转子和两个21米长的叶片。

  测试产生的性能数据将反馈给研发团队,用于完善50MW风机的设计工作。该型风机的设计工作预计将于2019年春天完成。到2021年,50MW风机或将完成实物生产。


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