风力发电机恨天高,要再突破高度面临技术瓶颈

据美国国家可再生能源实验室(National Renewable Energy Laboratory,NREL)于2019年5月发布的 告《提升风机塔高:机会与挑战》(Increasing Wind Turbine Tower Heights: Opportunities and Challenges),当塔高从80米提升到110米时,风机所接触到的年平均风速,提升每秒0.5~1米速度;当塔高进一步从80米提升到160米时,风机所接触到的年平均风速,提升每秒1~1.5米。

更高的风速,更稳定的风,让更高的风功能享有更好的容量因素, 稿指出,当风机塔高从80米提升到110米时,风机的容量因素可提升2~4%,当风机塔高从110米提升到140米时,容量因素可再提升2~4%,当风机塔高进一步从140米提升到160米,容量因素还可再提高1%。

容量因素即风机实际发电量,除以名目发电容量乘上发电时间的理论最大发电量,所得的比例,容量因素越高,代表风机实际上发出来的电越多,相对于构建成本,每度电的均化成本也就越低。研究显示,在风力资源属于边缘的区域,塔高110米与140米的风机发电效果最好。

另一方面,高塔身搭配大扇叶(更大扇叶风机有更大名目发电容量)也有优势,研究发现,4.5百万瓦风机,搭配140米高塔身,发电效率提升程度比3百万瓦风机更佳。搭配高塔高与大扇叶,研究认为,以80、110、140、160米高塔身相比较,在美国70~90%的风场地点,160米塔高的风机都将有最高效率。也就是说,就理论上而言,风机至少还有增长到160米塔高的趋势,但是,要增长到如此高度,将需要塔身技术的突破。

需要新的建造高塔技术

此外,对物流能力也是相当相当的考验,目前主流的兴建方式,将风塔组件在工厂先完成,载运至现地组装,随着塔身越高,组件体积重量更大、数量更多,这种做法可能不再划算,而可能是现地直接制造较具优势。例如,混凝土技术可发展现地积层制造,也就是所谓混凝土3D打印,而不是目前主流的先完成預鑄混凝土再运到现地。

虽然越高处的风力越好,但要打造越高的风机,对塔身结构以及建造方式上也是越大的挑战,但无论如何,在经济诱因下,产业界终究会找出打造更高塔身的办法,直到更高空的风力资源的经济诱因,不足以抵销塔身增高的成本为止。

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