全新浮动式“海上垂直对转风力发电机”效率可达水平固定式一倍以上

摘要:

针对海上风力发电机组的设计,来自挪威的 World Wide Wind 科技公司,似乎有着相当独特的见解。随着入海越深,基于传统水平轴设计的风力涡轮机(HAWT),其劣势正在愈加显现。但是该公司的浮动式“对转垂直涡轮机”(conventional horizontal-axis wind turbines)方案,却有望通过反向旋转的两组叶片,将输出功率提升一倍以上。

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(来自:World Wide Wind Tech AS)

据悉,传统 HAWT 风力涡轮机需要用到诸多重型部件 —— 包括传动系统、变速箱、发电机、以及巨大的叶片 —— 且需要将它们固定在一根长杆的顶部。

正因如此,想要将传统风力发电机安装到海上浮动平台上,其挑战要艰巨得多。有鉴于此,一些工程师和运营商开始放眼所谓的垂直(VAWT)风力涡轮机方案。

如图所示,VAWT 能够将各组叶片向上伸出,并将其余重头部分设置在底部,因而设备倾向于自然直立状态。

而在接受来自各个方向的风能的时候,它又无需转身迎风,因而能够减少 HAWT 方案上的繁重齿轮部件。

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在同等微风下,通常 VAWT 方案的效率,要较三叶式 HAWT 风力涡轮机要低得多。

但另一方面,我们也可将它放置在更近的地方、而不至于降低性能 —— 意味着 VAWT 可在同一片海洋上发出更多的电量。

而 World Wide Wind 提出的这套概念新颖的浮动式 VAWT 方案,就是专为在海面上的大规模可扩展性而设计的是。

有趣的是,其中安装在中央叶片上的顶部涡轮机可以向一个方向旋转。而靠近塔底的另一台涡轮机,又可朝着不同的方向运动。

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从某种意义上来说,World Wide Wind 是将两台 VAWT 风力涡轮机“合而为一”了 —— 其中一个涡轮机固定在“转子”上、另一个则安装在“定子”上。

与静态定子相比,对转垂直涡轮机(CRVT)的旋转速度相对增加了一倍、发电量也更为显著。

同时这项设计将更重的、以及需要经常维护的部件放置在了主体结构的底部(浮筒下方),靠近系绳和电缆连接处。

但是对于普通人来说,可能并不十分适应它的“非完全直立式”设计,因为巨大的风力发电塔会随风倾斜。

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对此,World Wide Wind 解释称,叶片被设计扫过锥形区域、有助于减少每个浮动塔下部的湍流尾流,从而使得操作人员可将更多此类装置部署到指定地点。

而且得益于倾斜能力,该公司的 VAWT 风力涡轮机也能够更好地抵御突然且猛烈的阵风、以及破坏性的振动。

发电效率方面,明阳智慧能源在业内领先的、高度 262 米(794 英尺)的 HAWT 竞品已可达到 16 兆瓦。

然而 World Wide Wind 宣称其 VAWT 方案能够更加轻松地扩展 —— 高度可达到更惊人的 400 米(1312 英尺),且单机标称高达 40 兆瓦。

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World Wide Wind 公司代表在接受 Recharge 采访时称,其预估平准化能源成本(LCoE)低于每兆瓦 50 美元 —— 不到美国能源部设定的 2027 海上风电项目预期的一半。

目前该公司正在努力通过快速原型设计来加速 CRVT 对转垂直风力涡轮机的开发,以期在 2026 年建成并运行 3 兆瓦的机型。如果一切顺利,其有望于 2029 年建成 40 兆瓦的更大机型。

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