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麻省理工新设计:新型漂浮式离岸风机

供稿人:ISTIS  供稿时间:2006-11-23   关键字:漂浮式  离岸  风机  风力发电机  
麻省理工(MIT)一位研究人员提出这样的构想:建造一座拥有400个巨型风机的离岸风电场,为陆上几十万户家庭提供充足的电力,而人们在岸边却无法看见电场的存在。这是开玩笑么?不,风电机组被安装于一些漂浮于一百多英里之外的海上平台之上,那里的风力强劲稳定。
 
现阶段的离岸风电机组基本都是安装于塔架之上,塔架被深深植入海床之中,但这样的工程只能在水深至多15米处实现,因此通常离岸边很近。
 
Paul D. Sclavounos,一位从事机械工程及海军建筑研究的教授,已经花费了多年时间设计、分析用于开采深海油、气的大型漂浮结构。当他看到风电场建设的争议时,想到了漂浮式离岸风机的建设方案。2004年,他和他麻省理工的同事——来自美国国家可再生能源实验室(NREL)的专家,一起组成一支队伍,将风电机组建于漂浮平台之上。他们的设计需要一个拉紧支线平台(tension leg platform,TLP),一个包括长钢缆的系统,系统连接了平台的几个角落与海床上的固定系统。平台和风机的支撑不依赖于价格昂贵的塔架,而是依赖于无需任何成本的浮力。
 
根据他们的分析,安装于风机上的漂浮平台能在水深30至200米之间。如:在美国东北地区,它们可以建在离岸50-150公里。平台上的机组可采用大型的机组,以提高风力发电经济性。目前MIT-NREL设计组正考虑采用产业界正在开发的5MW试验机组。
 
 
图:漂浮式离岸风机概念图
图片出处:麻省理工大学网站
 
漂浮式风机的海洋装备的成本将因为其尺寸关系有一定的缩减。风机塔架高90米,叶轮直径140米,因此,研究人员将他们设计成岸上装配(多在造船船坞中进行),并用拖船拖至海洋中。为了保持每个平台的稳定,内部圆筒被注满水和混凝土。一旦达到施工现场,将平台钩于之前安置好的绳拴上。此后,水会从圆筒中排出直到整个装备升至水面,把绳拴拉紧。
 
绳拴使漂浮平台从一侧移至另一侧,但不会上下浮动以保持稳定。根据计算机模拟,在飓风来临时,每个直径约30米的漂浮平台将会移动1至2米。但即使最大的海浪来临,风机叶片底部也会保持完好无伤。研究人员目前正试图通过安装特殊设计的阻尼器降低侧面运动来加强机组的稳定性。
 
Sclavounos教授估计建造及安装他的漂浮式支撑系统可将成本压缩至深水风电场固定架安装成本的三分之一。由于现场风速强劲,漂浮式风电场每年的发电量将会是目前所采用的机组的2倍。而且由于机组并非永久固定于海床上,电场具有可移动性,因此一旦服务于波士顿地区的拥有400台风电机组的电力公司在为纽约供电时发生短缺情况,这个公司可以把一些漂浮式风机从挂钩处解开绳拴并向南拖去,供应急之需。Sclavounos教授现已获得了一些风能、电力公司的积极响应,将在Cape Cod南部安装一部样机一半规模的试用机组,研究其运行性能。
 
拓展阅读
MIT TechTalk  2006.9.13  Volume51, number 1
 
Floating Wind Turbines the Wave of the Future
 
Giant Wind Turbines
Floating wind farms placed far offshore could lead to affordable electricity -- without cluttering the view.

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