美國風(fēng)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(fēng)能和太陽能占多數(shù)。現(xiàn)在，產(chǎn)業(yè)界計劃利用更多的風(fēng)能，而降低成本的最佳方式之一是建造更大的渦輪機(jī)。這正是由弗吉尼亞大學(xué)研究人員帶領(lǐng)的包括6個機(jī)構(gòu)在內(nèi)的聯(lián)合團(tuán)隊設(shè)計全世界最大風(fēng)力渦輪機(jī)的原因。該渦輪機(jī)高500米，比紐約帝國大廈還高約57米。

 

現(xiàn)在的渦輪機(jī)已經(jīng)比15至20年前大得多了。規(guī)模在變化，今天的風(fēng)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于規(guī)模和高度，其電力一般在1兆瓦到5兆瓦之間，位于較高電量一端時，它們足以為1100戶人家提供電能。“使用更大規(guī)模的風(fēng)電渦輪機(jī)的原因與經(jīng)濟(jì)有很大關(guān)系。”紐約州立大學(xué)布法羅分校機(jī)械與航空航天工程學(xué)院助理教授John Hall解釋說，其原因之一是大型葉輪的風(fēng)力更大、在較高海拔時更加穩(wěn)定，因此成本效益更佳。為此，該巨型渦輪機(jī)項目負(fù)責(zé)人、能源部高級研究計劃局的Eric Loth說，用更高的渦輪機(jī)能夠“捕集更多能量”。

 

風(fēng)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(fēng)能，而更高的塔樓則能擁有更長的葉輪。渦輪機(jī)的電量與其“掃略面積”——渦輪葉片旋轉(zhuǎn)所覆蓋的區(qū)域——直接相關(guān)，馬薩諸塞大學(xué)羅威爾分校風(fēng)能中心主任、機(jī)械工程師Christopher Niezrecki解釋說。這一關(guān)系并非線性的，如果葉片長度加倍，Niezrecki解釋說，一個風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)將能產(chǎn)生4倍的能量。他指出，更大渦輪機(jī)的“切入”速度——它們能夠開始產(chǎn)生能量時的風(fēng)速——也較低一些。

 

Loth團(tuán)隊計劃設(shè)計一個葉片長200米的50兆瓦的風(fēng)電系統(tǒng)，它比目前的風(fēng)電渦輪機(jī)大得多。如果能夠成功，他們認(rèn)為該渦輪機(jī)的能量將會比現(xiàn)有設(shè)備強(qiáng)10倍。科學(xué)家并不打算僅擴(kuò)大傳統(tǒng)設(shè)計的規(guī)模，他們在從根本上改變渦輪機(jī)的機(jī)構(gòu)。這個超大的機(jī)器將擁有兩個葉片，而非通常的三個，從而減輕結(jié)構(gòu)的重量并降低成本。Loth說，減少葉片的數(shù)量通常會讓一個渦輪機(jī)降低效率，但他所在團(tuán)隊正在利用一個先進(jìn)渦輪氣動設(shè)計，他表示該設(shè)計可以在很大程度上彌補(bǔ)相應(yīng)的損失。