全新浮動式“海上垂直對轉風力發電機”效率可達水平固定式一倍以上
針對海上風力發電機組的設計,來自挪威的World Wide Wind 科技公司,似乎有著相當獨特的見解。隨著入海越深,基於傳統水平軸設計的風力渦輪機(HAWT),其劣勢正在愈加顯現。但是該公司的浮動式“對轉垂直渦輪機”(conventional horizontal-axis wind turbines)方案,卻有望通過反向旋轉的兩組葉片,將輸出功率提升一倍以上。
(來自:World Wide Wind Tech AS)
據悉,傳統HAWT 風力渦輪機需要用到諸多重型部件—— 包括傳動系統、變速箱、發電機、以及巨大的葉片—— 且需要將它們固定在一根長桿的頂部。
正因如此,想要將傳統風力發電機安裝到海上浮動平台上,其挑戰要艱鉅得多。有鑑於此,一些工程師和運營商開始放眼所謂的垂直(VAWT)風力渦輪機方案。
如圖所示,VAWT 能夠將各組葉片向上伸出,並將其餘重頭部分設置在底部,因而設備傾向於自然直立狀態。
而在接受來自各個方向的風能的時候,它又無需轉身迎風,因而能夠減少HAWT 方案上的繁重齒輪部件。
在同等微風下,通常VAWT 方案的效率,要較三葉式HAWT 風力渦輪機要低得多。
但另一方面,我們也可將它放置在更近的地方、而不至於降低性能—— 意味著VAWT 可在同一片海洋上發出更多的電量。
而World Wide Wind 提出的這套概念新穎的浮動式VAWT 方案,就是專為在海面上的大規模可擴展性而設計的是。
有趣的是,其中安裝在中央葉片上的頂部渦輪機可以向一個方向旋轉。而靠近塔底的另一台渦輪機,又可朝著不同的方向運動。
從某種意義上來說,World Wide Wind 是將兩台VAWT 風力渦輪機“合而為一”了—— 其中一個渦輪機固定在“轉子”上、另一個則安裝在“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。
同時這項設計將更重的、以及需要經常維護的部件放置在了主體結構的底部(浮筒下方),靠近繫繩和電纜連接處。
但是對於普通人來說,可能並不十分適應它的“非完全直立式”設計,因為巨大的風力發電塔會隨風傾斜。
對此,World Wide Wind 解釋稱,葉片被設計掃過錐形區域、有助於減少每個浮動塔下部的湍流尾流,從而使得操作人員可將更多此類裝置部署到指定地點。
而且得益於傾斜能力,該公司的VAWT 風力渦輪機也能夠更好地抵禦突然且猛烈的陣風、以及破壞性的振動。
發電效率方面,明陽智慧能源在業內領先的、高度262 米(794 英尺)的HAWT 競品已可達到16 兆瓦。
然而World Wide Wind 宣稱其VAWT 方案能夠更加輕鬆地擴展—— 高度可達到更驚人的400 米(1312 英尺),且單機標稱高達40 兆瓦。
World Wide Wind 公司代表在接受Recharge 採訪時稱,其預估平準化能源成本(LCoE)低於每兆瓦50 美元—— 不到美國能源部設定的2027 海上風電項目預期的一半。
目前該公司正在努力通過快速原型設計來加速CRVT 對轉垂直風力渦輪機的開發,以期在2026 年建成並運行3 兆瓦的機型。如果一切順利,其有望於2029 年建成40 兆瓦的更大機型。