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节能新技术:垂直轴轮毂风力发电技术欲改变能源产业格局

2016-01-13 04:44
络遇
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  “一旦垂直轴轮毂风力发电技术大规模商用,风力发电成本将大大降低,甚至低于火电和核电,风力发电行业也就不再需要政府补贴了。”该技术专利的持有人、昆山悦利电气有限公司刘杭先信心满满,“如果一切顺利,在垂直轴轮毂风力发电技术巨大的规模和成本优势面前,若干年后核电站也将陆续被拆除。”

  有望解决单机容量掣肘

  作为继煤电和水电之后的中国第三大主力电源,风力发电近年来在我国的迅猛发展有目共睹。数据显示,2010年年底时,我国并网风电就达到了4182.7万千瓦,超过美国,居全球第一;截至2015年第三季度,我国已并网风电10885万千瓦,更是提前完成“十二五”装机目标。

  “国家大力发展风电的大政方针是非常明确的,关键看我们怎么才能更好地利用风能。”刘杭先表示,“以更低的成本和更高的效率进行风力发电,使其能够与传统的火力发电以及核能发电、水利发电竞争,业内公认的一个较好的方法就是尽量增加单机容量,因为从单位发电功率的占地面积、风能利用率、运维成本等考虑,大型风力发电机比小型风力发电机更有优势。”

  但是,随着功率的增大,风叶片的扫风面积、叶片长度就要增大,叶尖速度也要增大。以西门子畅销机型SWT-3.6-120为例,其额定转速为13r/min,扫风直径120m,叶尖速度已经高达245千米/小时。刘杭先表示,更大的功率意味着更长的叶片,但是叶片受到的惯性力和自身重力的交变载荷带来的机械疲劳限制了其长度,同时更大的直径意味着更高的塔架,这也带来了安装与维护的困难。因此,以目前的材料及施工能力,水平轴风力发电机的单机功率提升难度越来越大。

  国内风电新增装机情况也佐证了这一观点。近年来,国内风电新增装机一直以1.5兆瓦和2兆瓦机型为主,尽管前者占比持续下降,后者持续上升,但是更大功率的2.5兆瓦和3兆瓦机型的市场份额却一直停滞不前。

  为突破单机容量的掣肘,相对于目前占据市场绝对主流地位的水平轴风力发电机,业内对垂直轴风力发电机的研究开始不断深入。

  一方面,垂直轴风力发电机一般不需要很高的塔架,大功率机型可以直接安装在地面上;另一方面,垂直轴风力发电机的叶片与旋转平面垂直,转速也较低。所以,从工程角度来看,这些特点使得垂直轴风电可以达到很高的单机功率。但目前兆瓦级风力发电机几乎都是水平轴,垂直轴反而主要用于离网独立式小风机。刘杭先分析道,这主要是因为在同样功率下,垂直轴风力机的转速低于水平轴风力机,转矩高于水平轴风力机,而转矩的提高使得发电机的成本急剧上升,特别是对于兆瓦级的风力发电。换句话说,垂直轴风力机的取电要比水平轴风力机困难。

  “而垂直轴轮毂风力发电技术一举解决了目前垂直轴风力发电面临的一系列问题,不仅让垂直轴风力发电单机容量有望超越三峡水电站单机容量,更将带来成本方面的极大降低,甚至将改写能源产业目前的格局。”刘杭先说。

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