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大型深海风力发电机可行性研究

http://cn.newmaker.com 5/13/2010 3:30:00 PM 复材在线

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美国马萨诸塞州信息：伍斯特理工学院(WPI)的一个研究小组利用美国科学基金会(NSF)授予的为期三年的30万美元资金对在深海平台上安装大型风力发电机的可行性进行了研究。该研究将精确的计算机模拟与以实体模型进行的水槽研究结合在一起，有可能会指出一条环保电力资源之路，使环保电力成为满足美国26个沿海州电力需求的重要部分。

伍斯特理工学院(WPI)机械工程系主任兼教授Gretar Tryggvason与机械工程副教授David J. Olinger是联手从事此项目的研究人员。David J. Olinger表示：“在促使风力发电成为满足美国电力需求的重要角色上，我们需要考虑两方面的因素。一方面是风力发电机的安装位置必须靠近电力需求地，另一方面是，风力发电机要安装在风力资源比较稳定的位置。特别是美国东西部沿海城市所需的电力资源，它们必须由稳定的海风产生。”

美国能源部表示：一个州对电力的需求越大，它就越能从不断增加的海上风力电能中受益。据美国能源部2008年报告透露，在美国48个相毗邻的州中有28个州拥有海岸线，而这28个州的电能消耗量几乎占整个美国电能消耗量的80%。

美国能源部报告指出：“这些沿海州中仅有6个拥有充分的陆地风力发电资源，它们可依靠风力发电来满足20%以上的电力需求。如果风能资源组合能将浅水域潜在能源包括在内，那么28个沿海州中将会有26个可以依靠风力发电资源满足至少20%的电力需求，其中也有许多州风力资源非常充分，那么它们所需的电力资源就可百分之百由风力发电来满足。”

在过去的十年内，欧洲不断挖掘风力发电的潜能，目前她所拥有的风力发电机已超过5000台，每年的产电量达65GW之多。这些风机中大部份是海上风力发电机，而且欧洲还在不断的制造更多此类风机。事实上，英国也提议在2020年前安装足够的风力发电机，使其产能可供英国所有家庭使用。

目前，欧洲所有的海上风力发电机都安装在不超过130英尺的浅水域中，并有固定底座和基体塔台做支撑。目前世界上第一座深海悬浮式风力发电机正在挪威海附近进行测试，预计不久就会上线。据悉此深海风力发电机具有2.3兆瓦的产电能力。

Olinger表示：“悬浮式风力发电机远离陆地，因此可以解决在极具吸引力的天然海滩及海岸环境中安装风力发电机引起的美观及环境问题。此外，将悬浮式风力发电机安装在可以提供较大风力资源的区域，人在海岸上基本是无法看到的。风力资源更大更稳定的广阔海域对风电场的发展非常有用。”

Olinger的研究将对一个海上风电场开发项目进行可行性评估。该项目包括100台悬浮式风力发电机，且每台具有5兆瓦的产电能力，比典型陆基风力发电机高60%以上。不过Olinger指出：虽然建造此海上风电场的可能性很大，但是与风机安装相关的障碍也非常大。将重量高达1500万磅的风力发电机安装在深海中高达300英尺的塔台上非常困难。

Olinger表示：“在深海风力发电机的研发及成功部署前，我们要解决很多必要的问题，只有这样才能设计出合适的风机。这些问题包括如何将这些海上风力发电机运输到安装地？什么样的平台、浮标设计及系泊方案组合才能最好的抵抗严重的暴风雨和巨大的海浪？不同海域位置之间的环境状况会如何变化？”

为了解决这些及其它一些问题，Olinger和他的工作组采用了计算机模拟与实验性建模相结合的研究方法。他指出：“尽管计算性模型在处理与中等海浪及风力相关力量时做的非常好，然而在暴风雨条件下出现的非线性响应需要实体模型。”

为此，伍斯特理工学院(WPI)研究小组推出深海平台比例模型并在水槽测试装置中对暴风雨环境进行模拟。

此次模拟实验将在美国马萨诸塞州霍尔顿市附近具有历史意义的奥尔登研究实验室（Alden Research Laboratory）进行。奥尔登研究实验室（Alden Research Laboratory）是美国历史最悠久且一直在运行的液压实验室，由伍斯特理工学院(WPI)首位机械工程学教授George I. Alden创建。Olinger表示：“奥尔登实验室使我们可以对不可预知的环境条件进行确认，对产品研发初期可选择性设计修改的必要性加以鉴定。这就意味着实验可达到显著节约今后高代价调整的成本。”

目前，该工作组已完成了对海上风力发电机拖吊及运输状况进行的检查，恶劣海浪状况对比例模型影响程度的测试工作随后就会进行。在整个项目完成后，Olinger计划制作一个可以完成各种不同设计种类及潜在环境条件测试工作的计算机模拟程序。

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