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泰坦級風電機巨人來襲!高如台北 101,身段軟如含羞草

2016 年 03 月 22 日

風力發電機如果越高大,理論上能產出越多風能且減少發電成本,因為離地表高度越高的地方,風速會增大,地表摩擦力的影響則會減少。此外,風電渦輪機葉片劃過的範圍直徑越長,發電量也會越多。

這是近幾年人們試圖讓風力發電機越來越高,葉片越來越長的原因。(唐吉軻德如果活在現代,可能會表示崩潰)當然,風力發電機越高,整體的製造、運送和組裝挑戰也跟著增加。

和陸上風力發電機相比,離岸式風電機的高度比較不受飛安和地形限制,在 2014 年,三菱重工(MHI)與維斯塔斯離岸風力公司(Vestas Offshore Wind) 聯手開發的風電機「V164-8.0-MW」,就創下塔身加葉片(Tip height)高達 220 公尺的記錄。

如果風電機的葉片如花瓣般隨風開闔…

風電

現在美國維吉尼亞大學( University of Virginia )與桑迪亞國家研究室組成的研究團隊,正試圖打造能產出 50 兆瓦(megawatt)電力的「風電渦輪機」,發電成效比傳統風力渦輪機高出 25 倍。

這座參天巨塔光葉片就長 200 公尺,整體高度達 479 公尺,大約就是台北著名地標「台北 101 大樓」 (約 509公尺)頂端天線與屋頂中間的高度。

維吉尼亞大學機械與航太工程教授 Eric Loth 指出,新式渦輪機順風而立,且 200 公尺長的渦輪葉片將由一段一段的零件銜接而成,不是傳統的一整塊巨型硬板。平時葉片就像花瓣一樣散開,伸展的越長,收集到的風就越多。

圖片來源:Sandia Labs
桑迪亞實驗室的 Todd Griffith 展示 50 公尺葉片的一部分,這些葉片最終將組裝成 200 公尺長的巨型渦輪葉片。圖片來源:Sandia Labs(Photo by Randy Montoya)

這種分段式的設計原理,除了幫助巨大葉片在遇上強風時,會逐漸合攏收起,與風向保持一致性,避免硬碰硬,等待風速降低再重新打開,減少損壞的機率。(別忘了蘇迪勒颱風以 16 級陣風吹斷高美溼地 6 座風電機!

此外,這設計也讓巨型風葉更容易組裝和運輸,不然一想到要把長達兩個美式足球場的風葉,從工廠一路運到港口,再送往安裝地點,頭就痛起來啦…

丹麥 SSP 科技公司把長達 83.5m 的風機葉片運到蘇格蘭組裝。圖片來源:SSP Technology
丹麥 SSP 科技公司把長達 83.5 公尺的風機葉片運到目的地蘇格蘭的過程。圖片來源:SSP Technology

研究團隊預估全尺寸版本的風電機還要花 15 年才能完成,目前已在製造巨型風電機的 1/10 縮小版 ,希望 2019 年在美國科羅拉多州的國家再生能源實驗室進行測試。美國能源部透過 ARPA-E 計畫,投資團隊 350 萬美元

不過人類在以保護環境為名,追求清淨能源發展的同時,可能要時時刻刻反思,是否造成另一層面的「傷害環境」?例如,拔地而起的超大型高塔和守備範圍超廣的葉片,就可能威脅到高空中的鳥類,化身可怕的「鳥類絞肉機」,美國鳥類保育團體擔心,原本可避開小型風電的候鳥,將受到超大型風電機攔截。研究團隊表示會把風電機建在海上,希望盡量減少對鳥類的傷害。

參考資料:

首圖來源:Pixabay

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Valerie

PanX 編輯,興趣多多,書籍雜食者。

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