“起死回生”的增能风力涡轮机

风能有许多优点,比如它蕴藏量极大,全世界可利用的风能,估计约有200亿千瓦,比地球上可利用的水能总量大10倍。可是,风能也有美中不足,首先是风“喜怒无常”,它有时刮得天昏地暗,有时却静得让“湖水如镜”。这种情况对利用风力很不利。即使有风天气,它也是不稳定的。此外,它的能量密度也比较低,往往一台风机得不到多少能量,特别是在只有微风的情况下,它会慢腾腾地无法使风机“飕飕地”转。因此,虽然风力资源分布广泛,又没有污染,但风能利用在总的能源消耗中占的比例仍然很小。

为了解决风能利用中的技术问题，多少年来，科学家们想了许多办法。首先是设计性能良好的风力涡轮发电机,使风力发电机在风力大小和方向随时变化的情况下都能稳定地发电,但要做到这一点,真是谈何容易!比如,为了在发电中使风机的叶片转速和扭矩保持基本一致,就要采取“桨片变矩”的办法,以便从风流中取得最大的能量。这样就增加了风机的设计成本，使风力发电难以和现存的火力发电,即煤和天然气等燃料竞争。

为了在弱风条件下也能让风力涡轮机转起来，美国洛杉矶的Northrop Grumman 公司在70年代就曾设计出一种增能风力涡轮机,这种涡轮机的叶片周围有一圈套管式的围带,使风通过时产生一个低压区,低压区产生抽吸作用,使通过叶片的风速增加一倍。套管的作用有些类似飞机上的机翼,空气通过机翼时,机翼上侧的空气流动比机翼下侧快,于是产生低压区,这样就会产生升力。大家可能都知道“过堂风”这个名词。其实过堂风就是空气通过狭窄的地方时产生低压和抽吸作用的缘故。

这家公司设计的这台增能风力涡轮机曾作过风洞试验，发现它比普通那种没有围带(套管)的风力机发出的电力要高5倍多。照说这是一种理想的风力涡轮机设计方案了,但这家公司最后却放弃这种设计,因为在70年代没有能适应这种设计的理想材料,按设计要求,制作这种涡轮机零件的材料既要轻又要坚固耐用，能承受因增大的风速产生的强大应力而不会变形。

美国人放弃的东西,却受到新西兰的工程师的重视,他们认为,这种设计对开发风力发电是理想的,而且他们经过20多年的努力,终于取得成功。他们在1997年7月22日的《新科学家》周刊上宣布,他们在专门研制涡轮机的新西兰奥克兰公司用一种高强度的纤维复合材料制造了一台实验性增能风力涡轮机。这种纤维加强的复合材料的抗弯强度,在同样重量的条件下,是钢的三倍。实验性增能风力涡轮机的叶片长为7.3米,于7月在新西兰的奥克兰南部约 100 公里的怀卡雷图进行试验。

试验完成后，他们将建造两台全尺寸的有21层楼高的增能风力涡轮机,每台能产生3兆瓦的电力。一台由新西兰电力公司使用，另一台卖给了澳大利亚南部的芒特甘比尔。据澳大利亚能源部门计算这种增能风力涡轮机的发电成本约为每千瓦小时 3.5~4澳分之间。完全可以和传统的能源竞争。

新西兰的这些工程师们声称,用10台21层楼高的增能风力涡轮机每年可以为15000 户家庭提供电力,而用传统的风力涡轮机,想为这么多家庭提供所需电力,至少需要100台。他们现在又进一步想将这种增能风力涡轮机“搬”上海洋,在巨大的浮船上安装这种涡轮机,因为海洋上的风力既大又比较稳定。