由日本新能源和工業(yè)技術(shù)開發(fā)組織(NEDO)牽頭的財團在日本北九州港完成一臺3MW示范性漂浮式風機組裝。除了漂浮式技術(shù),另一個值得關(guān)注的就是使用了行業(yè)內(nèi)不太主流的兩葉片風機!
這臺3MW兩葉片示范風機安裝在Ideol“阻尼池”漂浮平臺上,該漂浮式平臺建于日立所屬的Sakai造船廠,于6月底拖拽至北九州港。未來,該試驗風機將被拖到離北九州市約15公里的海上安裝地點。
NEDO表示,經(jīng)過短暫的試運行后,風機將于今年秋季正式投入運行,并將運營至2021年。該項目旨在驗證50米至100米水深的漂浮式海上風機技術(shù),并降低成本。除了NEDO,日立 Zosen和Ideol之外,該財團的參與者還包括Marubeni Corporation,東京大學(xué)、Eco Power Company、Glocal Inc和九州電力未來能源公司。
兩葉片相較于三葉片的技術(shù)劣勢
在風力發(fā)電技術(shù)剛剛興起的時候,市場上曾出現(xiàn)過各種設(shè)計的兩葉片風機,但從上世紀80年代末開始,三葉片逐步占據(jù)市場主導(dǎo)地位。究其原因,主要有以下三點:
偏航
兩葉片偏航時,葉輪自由轉(zhuǎn)動,兩個葉片的位置時而在與地面垂直,時而與地面水平,而這兩種狀態(tài)下,偏航電機所需的轉(zhuǎn)矩差距很大,前者遠小于后者,這就使得兩葉片風機的偏航速度必須十分緩慢,以限制波動的動態(tài)負載;而三葉片風機的三個葉片呈中心對稱,在偏航時,所需轉(zhuǎn)矩變化不大,因此偏航速度較兩葉片風機快得多。
發(fā)電功率與噪聲
風機葉片的噪聲會隨著葉尖速的增加而迅速增加。在相同轉(zhuǎn)速下,兩葉片風機發(fā)電功率低于三葉片風機;同理,要達到同樣的發(fā)電功率,兩葉片風機需要更大的轉(zhuǎn)速,葉尖速高得多,噪聲也自然大很多。對于陸上風機來說,這是一個很大的弊端,畢竟周圍的居民都不愿意受到噪音的干擾。
安全性
采用下風向技術(shù)的兩葉片風機在某些風速下會彈回撞擊到塔架上,類似的案例在2002年曾經(jīng)發(fā)生,對兩葉片的發(fā)展產(chǎn)生了致命打擊。
為什么兩葉片風機會受到海上風電的青睞?
上述的幾個原因中,更高的葉尖速帶來的更大的噪聲,對于遠離人類居住的大海,這似乎不是一個大的問題。而對于安全性,英國的風機設(shè)計師已經(jīng)研究出一種受控的轉(zhuǎn)子制動策略,可有效降低葉片撞擊塔架的風險。
其實,兩葉片如果能卷土重來,還要依靠一個更重要優(yōu)勢——由于重量減輕帶來的制造和安裝成本的降低。
由于減少一個葉片,隨之帶來的是轉(zhuǎn)子、塔架、基礎(chǔ)等一系列設(shè)備和部件的減輕,而這也使得安裝更為容易,這對設(shè)備重量和安裝技術(shù)十分敏感的海上風電來說,無疑是非常有利的因素。
此外,在臺風天氣下,兩葉片風機可以水平位置停機,最大程度降低臺風對風機的破壞。
有哪些公司在做兩葉片?
對于國內(nèi)整機制造商,大家比較了解的廣東明陽一直致力于設(shè)計和生產(chǎn)兩葉片風機。最早的3MW系列風機采用的兩葉片上風向技術(shù),但在2014年改成了三葉片上風向風機。其新型SCD6.5MW超緊湊型兩葉片下風向風機2014年底吊裝,目前正在龍源如東試驗風電場擴建項目中運行。
在國外,美國的Nordic WInd Power 公司曾經(jīng)生產(chǎn)過1MW的兩葉片陸上風機,但這家公司于2012年10月在堪薩斯法院申請破產(chǎn)清算。
應(yīng)用于海上風電最為著名的兩葉片公司都來自荷蘭。其中,荷蘭的2-B Energy公司,它于2014年籌集了2650萬英鎊,在蘇格蘭海域安裝了兩臺下風向兩葉片6MW風機。