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2016-03-12
借鑒棕櫚樹(shù)抗風(fēng)特性 美國(guó)設(shè)計(jì)超大超輕分段式風(fēng)電葉片
       據(jù)美國(guó)CW雜志報(bào)道,受美國(guó)能源部先進(jìn)研究項(xiàng)目辦公室資助,由美國(guó)桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室參與的“超大超輕分段式風(fēng)電葉片(SUMR)”研究項(xiàng)目正在進(jìn)行中。該項(xiàng)目旨在研發(fā)長(zhǎng)度超過(guò)2個(gè)橄欖球場(chǎng)(約220米)的50MW風(fēng)電葉片,其長(zhǎng)度越是現(xiàn)有最長(zhǎng)葉片的2.5倍有余。
  該項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)由弗吉尼亞大學(xué)主導(dǎo),還包括了伊利諾伊大學(xué)、科羅拉多大學(xué)(含緬因分校)等,顧問(wèn)單位包括西門(mén)子、維斯塔斯等。
  此前,桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室曾成功研發(fā)出100米長(zhǎng)13MW風(fēng)電葉片,并成為此次SUMR項(xiàng)目開(kāi)展的基石。盡管50MW水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的尺寸前所未有,但研究顯示通過(guò)有效的載荷調(diào)控可以最大程度減少葉片承受的峰值壓力和疲勞程度,成本由此降低,為配套生產(chǎn)50MW的葉片提供了可行性。
  美國(guó)目前的風(fēng)力發(fā)電機(jī)大都是1MW-2MW型的,葉片長(zhǎng)度不超過(guò)50米。最大的一臺(tái)也僅有8MW的功率,葉片長(zhǎng)度80米。
  “美國(guó)海上風(fēng)電發(fā)展?jié)摿薮螅呛I巷L(fēng)機(jī)安裝成本昂貴,是重要的掣肘。”項(xiàng)目首席技術(shù)負(fù)責(zé)人Todd Griffith表示。另外,生產(chǎn)出功率50MW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)對(duì)設(shè)計(jì)人員也是不小的挑戰(zhàn),這個(gè)功率是現(xiàn)有最大功率的六倍。
  “就傳統(tǒng)的迎風(fēng)葉片來(lái)說(shuō),一旦功率超過(guò)10-15MW,其生產(chǎn)、運(yùn)輸,安裝和維護(hù)費(fèi)用就變得非常昂貴。它必須保持足夠高的剛度,避免產(chǎn)生疲勞,消除強(qiáng)風(fēng)條件下塔筒破裂的風(fēng)險(xiǎn)。但因?yàn)閯偠雀咭馕吨w積沉重、巨大,直接影響成本,對(duì)于超大尺寸的風(fēng)機(jī)來(lái)說(shuō)比重力載荷帶來(lái)的影響更為巨大?!盙riffith表示說(shuō)。
  他表示根據(jù)的新的設(shè)計(jì),葉片是分段生產(chǎn)和運(yùn)輸?shù)?,極大降低了運(yùn)輸安裝的難度和成本。并且,與傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)不同的是,超大尺寸的風(fēng)機(jī)還可以適應(yīng)并于逆風(fēng)葉片匹配使用。
  SUMR項(xiàng)目下,風(fēng)機(jī)的載荷調(diào)控方式模仿了棕櫚樹(shù)的經(jīng)驗(yàn)。分段式葉片可以順風(fēng)勢(shì)發(fā)生彎折,卸去部分應(yīng)力,減小了葉片承受的壓力。這使得在保持同樣剛度的前提下,葉片的質(zhì)量得以減輕。另外,分段式葉片的設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)在面臨極端暴風(fēng)天氣時(shí)表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì),甚至可以根據(jù)不同風(fēng)速做出相應(yīng)的調(diào)整。
  “在極高的風(fēng)速下,分段式葉片會(huì)根據(jù)風(fēng)向調(diào)控載荷,降低了損毀的風(fēng)險(xiǎn);而在的風(fēng)速下,葉片得以充分伸展,實(shí)現(xiàn)能量的最大輸出?!盙riffith表示說(shuō)。
 
 
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