全球最大的风力发电机直径有多大?在我国,一说到风力发电,有人可能会觉得是一种小众的发电技术,其实不然,我们国家的风力发电机装机总容量目前是全球最大的,2018年就达到了221GW,全球风力发电量从2001年的24.3GW到2019年的650GW,增长了近27倍。
在过去的20年技术发展中出现了一种明显的趋势,那就是风力发电机叶片越来越长,在1990年风力发电机的叶片直径只有27米,之后便开始连年增加,叶片为什么会越做越长?有哪些因素限制了风力发电机叶片的长度?
风力发电机叶片的增长,实际上可以带来好处,第一个好处就是提高风力发电机的功率,我们知道风力发电机是将风能吹动叶轮转动,从而带动发电机旋转发电,从能量转化角度来说,就是将风的动能转化为叶轮旋转的机械能,再转化为电能的过程,如果叶片越长,在同等风力的作用下,叶轮就能接触的风的能量就会越多,所以功率越大。
风力发电机叶片增长的第二个好处就是能够降低发电成本。电力行业是非常典型的规模经济,只有发电量越大才能有利可图,所以增加发电功率,本质上还是为了减少发电的成本,提升利润。世界上目前最大的风力发电机坐落于荷兰的鹿特丹,直径达到220米,而其叶片的长度达到了110米左右,最大功率达到12兆瓦,它转一圈产生的电量就可以供一个家庭两天使用。
风力发电机叶片增长的好处明显,为何叶片的长度不能进一步增加?第一个无法增长叶片的原因四模具的成本增加。叶片的制作过程是靠模具成型的,100多米的模具制造费用就是天价了,制造难度极高。第二个因素是材料和结构的变形问题。叶片越大,在风力的作用下变形就会越大,简单说就是风一吹就弯了,很容易撞到立柱造成损害。
风力发电机叶片无法增长的第三个原因是随着叶片的增长,材料在旋转的过程中承受的压力就会越大,因此到达一定程度之后,材料的强度就不够。第四个原因是叶片越大,叶片尖端旋转起来的速度就会越大,这样会造成很大的噪音。我国目前要求风力发电机距离居民区至少500米以上,如果离得太近,噪音污染特别大。
风力发电机叶片无法增长的最后一个原因关乎运输。风力发电机的叶片必须是整体运输,所以如果尺寸太大,即便能够制造出来,也没有办法运送到目的地,这也就是为什么海上的风力发电机尺度比较大。因为海上的运输比较方便,随着科技的发展,碳纤维材料正在大量的投入到工业应用当中,碳纤维材料的重量很轻,同时强度也非常高,很适合做风力发电机的叶片,如果我们能把它的成本降下来,用它来做风力发电机叶片,那么风力发电机的叶片长度就会进一步增加。