風吹過處，風車轉

努力，是為了有底氣拒絕自己討厭的一切。

文/鄭子之

翼長是大型噴氣式客機的兩倍，高度超過自由女神像，這樣的一座風力發電機所產生的電力足以滿足一個小鎮的用電需求。

彼得·霍普的主要工作是「折斷」各種風力發電機的葉片。在位於英國東北部海岸的一座巨大的簡易廠房裡面，他描述了自己怎樣用一套重型絞車設備彎曲風力發電機的葉片，直至葉片突然折斷。通過測試這些不同類型的葉片樣品，他可以獲得相應的斷裂臨界點，從而驗證這些葉片能否承受大風的壓力。

有一次，他將一個42.5米長的葉片的頂端固定起來，然後在離軸線11米的位置對葉片施加壓力，足足彎曲了15度才使之斷裂。「我們要把交給我們測試的每一個葉片都折斷才行。」他解釋道。霍普是一家風力發電機葉片檢測中心的負責人。這家檢測中心是擁有全世界最先進的葉片檢測技術的檢測中心之一。2009年，霍普期待著能夠檢測迄今為止世界上最長的葉片——75米的巨型葉片。

不過，75米這個尺寸並不是風力發電機葉片的終點，今後葉片有可能會越造越長。目前，歐盟正在研製功率達2萬千瓦的風力發電機，其翼長將達130米。

近海風力發電場一般建設在遠離海岸10千米以外的海上，與陸地風力發電場相比，近海風力發電場的面積更大。而且，由於海面風速更大，持續時間更長，因此很適合建造巨型風力發電機，輸出更多更穩定的電力。也正因為如此，近海風力發電場也成為各國發展開發利用風能的熱點。

近期，丹麥宣布準備在波羅的海附近興建二期近海風力發電場，共有90颱風力發電機，總裝機容量為20.7萬千瓦。英國也準備興建總裝機容量為600萬千瓦的近海風力發電場，預計到2020年完工，屆時該電場可滿足600萬戶英國家庭的電力需求。2008年7月，我國在上海的東海大橋西側海域開始建造亞洲第一座海上風電場。該座發電場裝機容量為10萬千瓦，通過35千伏海底電纜接入岸上升壓變電站後再接入上海市電網，年上網電量為2.6億千瓦時，足夠14萬戶上海市民用上一年。

但是，風力發電機的葉片越大，是不是就一定越好呢？為了能夠發現並克服在製造巨型風力發電機時潛在的問題，2006年歐盟開展了一項為期五年、總經費高達2230萬歐元的研究項目——「逆風而上」。共有來自14個國家、總數超過40人參與該項目。在研究有沒有可能製造出發電能力為2萬千瓦的風力發電機時，研究人員認為製造這種大功率的風力發電機，技術上存在的困難可以克服，葉片的翼長還可以造得更長，經濟上是否可行才是根本問題。因為更長的葉片，其製造成本會大幅增加，而且在製造和安裝的過程中也會碰到很多實際的困難，這就是風電工程師所熟知的「風機功價比法則」。

風力發電機的輸出功率與葉片長度的平方成正比，這就是為什麼人們傾向於製造越來越長的葉片。但是，風力發電機的體積和質量與葉片長度的立方成正比，這就意味著隨著葉片長度的增加，風力發電機的造價要比它的輸出功率增長的幅度要快。因此，風力發電機的葉片必然有一個最佳長度，只是目前還沒人計算出這個數值。

美國國家可再生能源實驗室的沃爾特·穆夏爾是美國風能研究領域的權威之一。他認為，目前的風能技術有點類似1940年的汽車工業，除了增長葉片外，還有很多其他方法可以提高風力發電機的性能，使它效率更高、質量更可靠、功能也更強大。

德國斯圖加特大學教授馬丁·庫恩提出，在35～50米深的水域，用三腳架將巨型風力發電機固定在海床上；在超過50米深的水域，把巨型風力發電機安置在用錨固定在海床上的可以浮動的海上平台上。荷蘭德芙科技大學的哈拉爾德·伯西所領導的科研小組提出了「智能葉片」的設想。在研究直升飛機螺旋槳時，伯西得到了啟發，提出可以在風力發電機葉片上沿旋轉方向安裝一組副翼，並通過風速感測器進行控制。當風速感測器監測到風速減緩時，打開副翼，增加葉片受風面積，從而提高風力發電機的發電效率。中國的中科恆源能源公司則另闢蹊徑，開發出了全永磁懸浮風力發電機。這種風力發電機用永久磁鐵代替滾珠軸承，並採用垂直方式排置葉片，從而大大減小了摩擦力。

不過，也有一些研究者認為，追求越來越大的風力發電機根本就不合理。英國的風能諮詢顧問彼得·賈米森認為，製造巨型風力發電機根本沒有任何優勢，相反，應當大量建造低功率、低造價的小型風力發電機。有人還真的設計了一款微型風力發電機，可以安置在城市樓房頂部的四邊，既可以發電，又有裝飾作用，可謂一舉兩得。還有人對更高地方的風能利用產生了濃厚的興趣，他們設想把葉片安裝到類似熱氣球的飄浮物上，放到風速較大的高空進行發電。

當然，大多數人還是認為風力發電機越大越好。這也正是彼得·霍普希望看到的發展趨勢。他非常期待能夠「折斷」長達100米的風力發電機葉片。

——選自《科學畫報》

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