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《經濟學人》給出風電新思路:不要更遠,只需更高
【寫在前面】
要將風能轉化為電能,并傳輸到遠方,通常需要經過復雜曲折的路徑,付出極高的成本。以美國為例,加州要完成可再生能源配額,就需要大量從外州采購風電,甚至得通過輸電線路將1500公里外的懷俄明州的風電運送過來。但數以億計能源將被浪費在傳輸過程中。
如何提高風能的利用效率,同時又能節約成本?美國人的奇思妙想是:讓風變得更大,就近發電。具體來說,是升高風機的高度,從80米提高到140米。遠離地表,風資源一下子就豐富了。

據10月1日出版的《經濟學人》報道,由于美國地形特殊,就算是最強的風,也只能吹到美國中西部的大部分地區,完全到不了眾多的人口和工業中心區,比如加州,比如美國東北部。因此,若加州準備履行其可再生能源配額標準,到2020年可再生能源發電量需占總量的三分之一,那么加州需要盡可能地利用風能,即便造價昂貴,輸送距離遙遠。
現在看來,節約成本這事有很大的轉機。經濟學人稱,美國國家再生能源實驗室公布了一項報告,報告估算,風輪機目前平均高80米,只需將高度提高到140米,就可以在61.5萬平方公里的面積上更有效率的傳輸電能,并且能增加18億千瓦的發電能力。這比整個美國現有電力總裝機容量還要高。
但是增加60米的垂直高度,要比從懷俄明州經過1500公里輸電困難得多。更高的發電塔以及隨之而來更高容量的風輪機肯定需要更堅固的基座。這就是困難所在:這樣堅固的基座不適合運輸。美國的橋梁和很多著名的高速路是不能承受直徑超過4.3米的圓柱體的。
另一方面,從工程上考慮,要建造140米高的焊接鋼塔需要7米的基座寬度,其表面厚度為2.5厘米。要將基座的厚度限制在4.3米,那么其表面的寬度就要增加到8厘米。這樣每個廠制的鋼塔就要多用200噸鋼材,這不僅使其變重,而且價格高得難以承受。一些公司正考慮其他的方法,比如用鋼筋混泥土來代替高塔底和寬。其他公司則打算用后圍板和數以萬計的角鋼螺絲來組裝。但沒有一個方法是既簡單又便宜的。
據《經濟學人》報道,一家馬薩諸塞州的公司提出了提出了經濟方案:在風電場現場焊接造塔。這家公司的創始人埃里克史密斯提出了改進螺旋焊接技術,此前這項技術多用于偏遠地區的油管生產。這個過程包括將平鋼板加入到機器中,同時碾壓和焊接鋼板,使其成為筒狀。史密斯的創新在于引入了一種逐漸變尖的技術,創造一種加長型的圓錐體,這種緩變切面對于風機塔來說是最理想的。
此方法將直接使用來自鋼材廠的鋼鐵,將其切割成梯形的薄板,從而提高鋼鐵利用率。同時,易疊起堆放的薄鋼板可以在高速路上和橋上運輸。史密斯估計,在現場造塔的過程中,與傳統的造塔廠相比,每噸鋼材耗費的人力是傳統方法的十分之一,成本是傳統方法的一半。
9月中旬,美國能源部撥給該公司100萬美金,幫助維斯塔完成風機塔的設計,并將其鋼材廠加入到風場的建造過程中。維斯塔是世界最大的風機設備供應商。如果該設計被廣泛使用,史密斯估計,能為風能發電節省10%的成本。這也避免了電能的跨區域傳輸,這樣一來,增加類似加州這些地方的可再生能源發電容量將變得容易許多。





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