美國風能產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展。過去9年，該國可再生能源的總量增長了3倍多，其中風能和太陽能占多數(shù)。現(xiàn)在，他們計劃利用更多的風能，而降低其成本的最佳方式之一是建造更大的風力發(fā)電機。這正是由弗吉尼亞大學(xué)研究人員帶領(lǐng)的包括6個機構(gòu)在內(nèi)的聯(lián)合團隊正在設(shè)計全世界最大的風力發(fā)電機的原因，該風力發(fā)電機機高500米，比美國帝國大廈還高約57米。
風機的發(fā)電量取決于規(guī)模和高度，其電力一般在1到5兆瓦之間，位于較高電量一端時，它們足以為1100戶人家提供電量。隨著發(fā)電規(guī)模的變化，現(xiàn)在的風機高度通常在70米，其葉片長約50米，比15至20年前大多了?！笆褂酶笠?guī)模的風力發(fā)電機的原因與經(jīng)濟有很大關(guān)系”，紐約州立大學(xué)布法羅分校機械與航空航天工程學(xué)院助理教授JohnHall解釋說，原因之一是大型葉片的發(fā)電量更大、在較高海拔時更加穩(wěn)定，因此成本效益更佳。為此，該巨型風力發(fā)電機項目負責人、能源部高級研究計劃局的EricLoth說，用更高的風力發(fā)電機能夠“捕集更多能量”。
風能專家表示“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片。風力發(fā)電機的電量與其“掃略面積”——風機葉片旋轉(zhuǎn)所覆蓋的區(qū)域——直接相關(guān)，馬薩諸塞大學(xué)羅威爾分校風能中心主任、機械工程師ChristopherNiezrecki解釋說。這一關(guān)系并非線性的，如果葉片長度加倍，Niezrecki解釋說，一個風力發(fā)電系統(tǒng)將能產(chǎn)生4倍的能量。他指出，更大風力發(fā)電機的“切入”速度——它們能夠開始產(chǎn)生能量時的風速——也較低一些。
Loth團隊計劃設(shè)計一個擁有200米長度葉片的50兆瓦風電發(fā)電系統(tǒng)，如果能夠成功，該風力發(fā)電機的能量將會比現(xiàn)有設(shè)備強10倍。不過科學(xué)家并不打算僅擴大傳統(tǒng)設(shè)計的規(guī)模，他們想改變的是風力發(fā)電機的結(jié)構(gòu)。風力發(fā)電機通常有三個葉片，但是為了減輕風機重量并降低成本，這個超大風力發(fā)電機將葉片數(shù)量縮減到兩個。Loth說，減少葉片的數(shù)量通常會讓一個風力發(fā)電機降低效率，但他所在團隊正在利用一個先進的風機氣動設(shè)計，該設(shè)計可以在很大程度上彌補相應(yīng)的損失。
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