欢迎光临GGAMen游戏资讯




风力发电机恨天高,要再突破高度面临技术瓶颈

2024-11-01 206


风能从过去的昂贵形象,到如今成为最便宜能源选项,以美国来说,陆上风能已经是最便宜的能源来源,这样巨大的转变,主要推动力是风机规模的提升,更高更大的风机更能有效率的撷取更高空更稳定的风力,提升发电效率也同时提升容量因数(capacity factor),不过,如今已经恨天高的风机,要再继续往上突破高度,已经面临技术上的瓶颈。

根据美国风能协会(American Wind Energy Association,AWEA)资料,自 2000 年到 2018 年,美国电网规模的风机,平均高度从 58 米大幅成长到 88 米,平均扇叶直径从 48 米成长到 116 米,可以看出风机规模的快速成长,而风机之所以如此急着长高长大,有很基本的原因。

据美国国家可再生能源实验室(National Renewable Energy Laboratory,NREL)于 2019 年 5 月发表的报告《提升风机塔高:机会与挑战》(Increasing Wind Turbine Tower Heights: Opportunities and Challenges),当塔高从 80 米提升到 110 米时,风机所接触到的年平均风速,提升每秒 0.5~1 米速度;当塔高进一步从 80 米提升到 160 米时,风机所接触到的年平均风速,提升每秒 1~1.5 米。

更高的风速,更稳定的风,让更高的风机能享有更好的容量因数,报稿指出,当风机塔高从 80 米提升到 110 米时,风机的容量因数可提升 2~4%,当风机塔高从 110 米提升到 140 米时,容量因数可再提升 2~4%,当风机塔高进一步从 140 米提升到 160 米,容量因数还可再提高 1%。

容量因数即风机实际发电量,除以名目发电容量乘上发电时间的理论最大发电量,所得的比例,容量因数越高,代表风机实际上发出来的电越多,相对于建置成本,每度电的均化成本也就越低。研究显示,在风力资源属于边缘的区域,塔高 110 米与 140 米的风机发电效果最好。

另一方面,高塔身搭配大扇叶(更大扇叶风机有更大名目发电容量)也有优势,研究发现,4.5 百万瓦风机,搭配 140 米高塔身,发电效率提升程度比 3 百万瓦风机更佳。搭配高塔高与大扇叶,研究认为,以 80、110、140、160 米高塔身相比较,在美国 70~90% 的风场地点,160 米塔高的风机都将有最高效率。也就是说,就理论上而言,风机至少还有成长到 160 米塔高的趋势,但是,要成长到如此高度,将需要塔身技术的突破。

需要新的建造高塔技术

据美国风能协会统计,目前美国风力资源最佳的区域,大多仍以 80 米塔高为主流,风力资源较差的区域,则使用 90 米以上塔高,目前美国全国共有 113 处风力发电场,总计 6,800 座风机塔高在 90 到 110 米之间,未来还将有总计名目发电容量超过 5 吉瓦的 31 处风场开发计划预计使用 90 到 110 米之间塔高。目前超过 110 米塔高的陆上风机在美国还是少数,至 2019 年上半年,全美仅有 19 座 110 米以上塔高的风机。

美国风能协会认为,谈到 110 米以上,甚至 140、160 米塔高,绝对是未来式,当打造如此高的塔身时,目前主流的钢造风塔将不再合用,必须打造全新的高塔技术,要建造越高的风塔,不仅在结构设计强度上是相当的挑战,如何才能够坚固又不会重量太重,使得风塔重量本身成为自己的结构负担?目前产业界发展的方式有钢卷管法(rolled tubular steel)、混凝土技术以及钢栅结构(lattice steel),或是以上 3 种的混合技术,到目前为止,其中还没有明显胜出的技术。

此外,对物流能力也是相当相当的考验,目前主流的兴建方式,将风塔组件在工厂先完成,载运至现地组装,随着塔身越高,组件体积重量更大、数量更多,这种做法可能不再划算,而可能是现地直接制造较具优势。例如,混凝土技术可发展现地积层制造,也就是所谓混凝土 3D 打印,而不是目前主流的先完成预铸混凝土再运到现地。

虽然越高处的风力越好,但要打造越高的风机,对塔身结构以及建造方式上也是越大的挑战,但无论如何,在经济诱因下,产业界终究会找出打造更高塔身的办法,直到更高空的风力资源的经济诱因,不足以抵销塔身增高的成本为止。

  • Kissing the Sky: The Pros and Cons of Ultra-Tall Wind Turbine Towers
  • Wind Developers Ordered More Turbines in Q2 Than Ever Before
  • Artificial Intelligence Pushes ‘Commoditized’ Wind and Solar Power Into the Money

(首图来源:Unsplash)

2019-09-14 22:17:00

标签:   游戏头条 资讯头条 ggamen科技资讯 ggamen科技 ggamen科技资讯头条 科技资讯头条 ggamen游戏财经 新闻网 科技新闻网 科技新闻 ggamen游戏新闻网 科技新闻 科技新闻网 新闻网 ggamen游戏财经 科技资讯头条 ggamen科技资讯头条 ggamen科技 ggamen科技资讯 资讯头条 ggamen ggamen游戏新闻网 科技新闻 科技新闻网 新闻网 ggamen游戏财经 科技资讯头条 ggamen科技 资讯头条 游戏头条
0