美研制世界最大风机 将比帝国大厦还高！

美国风能产业发展势头迅猛。据统计，过去9年，美国可再生能源的总量增长了3倍多，其中风能和太阳能占比最大。未来，美国计划利用更多的风能，为进一步降低成本，他们将建造更大的风力发电机。

据悉，这个致力于建造世界最大风力发电机的项目已经启动。该项目由弗吉尼亚大学研究员带队，一共有6个机构联合参与，计划建造的风机高500米，比美国帝国大厦还高57米。

其实，现在的风电机组已经比15年或20年前大多了。风机的的电能输出受叶片长度和风塔高度影响，当前的风塔高度通常在70米，叶片长约50米。

"使用更大规模风力发电机会更具经济性。"纽约州立大学布法罗分校机械与航空航天工程学院副教授约翰·霍尔（John Hall）解释说。大型叶轮的风力更大、在较高海拔时更加稳定，因此成本效益更佳。为此，该巨型风机项目负责人、美国能源部高级研究计划局的埃里克·洛斯（Eric Loth）说，用更高的风机能够"捕集更多能量"。

风能专家表示，风机"越大越好"还有另外一个原因：更长的叶片还能更有效地捕捉风能，而更高的塔楼则能拥有更长的叶轮。马萨诸塞大学罗威尔分校风能中心主任、机械工程师克里斯托弗·尼兹雷克（Christopher Niezrecki）解释说："发电机的电量与其'扫风面积'——涡轮叶片旋转所覆盖的区域——直接相关。如果叶片长度加倍，一个风力发电系统将能产生4倍的能量。"他还指出，发电机越大，其"切入速度"——能够开始产生能量时的风速——也会越低一些。

洛斯团队计划设计一个叶片长200米、50兆瓦的风电系统，如果能够成功，该发电机的能量将会比现有设备强10倍。他们不仅扩大传统设计的规模，而且尝试从根本上改变发电机的机构。该机器将拥有两片叶片，而非通常的三片，这将减轻整个结构的重量并降低成本。洛斯表示，通常，减少叶片的数量会让发电机降低效率，但他的团队正在利用一个先进涡轮气动设计，可以在很大程度上弥补相应的损失。

根据团队的设想，这些风机将安置在远离陆地、离海岸线至少80公里的大西洋东部海域。该海域虽然风力强劲，但也容易被暴风雨袭击，研究一度陷入困境。不经意间，研究人员受到了"棕榈树"的启发，它们很高但枝干柔软，如遇大风，树干可自由弯曲。洛斯表示："我们尝试使用相同的概念来设计风力发电机，赋予其强大的灵活性，以适应不稳定的气流。"

在整个风机设计中，两片叶片会随风向变化。洛斯表示，巨大而灵活的叶片将会像棕榈树叶一样随着暴风弯曲起伏，这种设计减少了很多固定叶片需要的材料成本，也降低了强风会将旋转叶片向塔架弯曲的可能性，提高了整个结构的坚韧程度。

事实上，这个巨型发电机设想还面临诸多挑战和质疑，因为迄今为止并没有风机接近这个尺寸。"如何制造200米长的叶片？怎么把它们放在一起？起重机高度有限，如何搭起500米高的塔？……"尼兹雷克率先质疑并指出，"我不否认这个项目有很高的回报率，但它还有很多问题需要研究和解决。"

霍尔教授则质疑这个巨大的发电机尺寸是否是最佳，"我们都知道越大越好，但关键是多大最好，这个问题很值得研究"。

目前，洛斯和他的团队正在设计整个发电机的结构和控制系统。夏天的时候，他们正建造一个直径约两米的模型；明年夏天，他们计划用两个20米长的叶片来设计一个更大的模型并在科罗拉多州进行测试。

作为该项目的负责人，洛斯也不能百分百确定这个庞大的发电机将成为现实，但他坚定地认为这值得尝试，"这是一个非常新的概念，我不能保证它会奏效，但如果成功，这或将颠覆整个海上风能产业。"洛斯如是说。

（本文原载《科学美国人》网站，本报记者李倩编译）