世界最大風力渦輪機將比帝國大廈還高

巨大而靈活的葉片將會像啟發它們的棕櫚樹葉一樣隨著暴風彎曲起伏。 圖片來源：Wolfgang Kaehler Getty Images

美國風能正在上漲，過去9年，該國可再生能源的總量增長了3倍多，其中風能和太陽能占多數。現在，產業界計劃利用更多的風能，而降低其成本的最佳方式之一是建造更大的渦輪機。這正是由弗吉尼亞大學研究人員帶領的包括6個機構在內的聯合團隊正在設計全世界最大的風力渦輪機的原因，該渦輪機高500米，比美國帝國大廈還高約57米。

現在的渦輪機已經比15至20年前大得多了。規模在變化，今天的風電場高度通常在70米，其葉輪長約50米。它們的電能輸出取決於規模和高度，其電力一般在1到5兆瓦之間，位於較高電量一端時，它們足以為1100戶人家提供電量。「使用更大規模的風電渦輪機的原因與經濟有很大關係。」紐約州立大學布法羅分校機械與航空航天工程學院助理教授John Hall解釋說，其原因之一是大型葉輪的風力更大、在較高海拔時更加穩定，因此成本效益更佳。為此，該巨型渦輪機項目負責人、能源部高級研究計劃局的Eric Loth說，用更高的渦輪機能夠「捕集更多能量」。

風能專家表示「大了更好」還有另外一個原因：更長的渦輪葉片還能更有效地捕捉風能，而更高的塔樓則能擁有更長的葉輪。渦輪機的電量與其「掃略面積」——渦輪葉片旋轉所覆蓋的區域——直接相關，馬薩諸塞大學羅威爾分校風能中心主任、機械工程師Christopher Niezrecki解釋說。這一關係並非線性的，如果葉片長度加倍，Niezrecki解釋說，一個風力發電系統將能產生4倍的能量。他指出，更大渦輪機的「切入」速度——它們能夠開始產生能量時的風速——也較低一些。

Loth團隊計劃設計一個葉片長200米的50兆瓦的風電系統，它比目前的風電渦輪機大得多。如果能夠成功，他們認為該渦輪機的能量強會比現有設備強10倍。科學家並不打算僅擴大傳統設計的規模，他們在從根本上改變渦輪機的機構。這個超大的機器將擁有兩個葉片，而非通常的三個，從而減輕結構的重量並降低成本。Loth說，減少葉片的數量通常會讓一個渦輪機降低效率，但他所在團隊正在利用一個先進渦輪氣動設計，他表示該設計可以在很大程度上彌補相應的損失。（馮維維）

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