
目前看來,通往10MW級別及以上的風電機組的道路,幾乎別無他路,但這條路十分難走。難就難在,導體只有在低溫環境下才有超導特性。最開始科學家是發現汞在-268.98℃時變成超導體,之后又經過幾十年的努力,到了1987年,科學家們發現在溫度為77K時釔鋇銅氧具有超導特性。這個溫度對應我們常用的攝氏度,接近-200度,試想在工業應用時,要保持-200度的低溫,為此付出的成本將多么高昂。
因此工程師和科學家們將攻關重點放在兩個地方:一是想辦法以低廉的成本創造低溫環境;二是以各類手段尋找高溫超導體。在下游應用領域,風電行業表現十分積極,投入了大量的人力、物力、智力。
永磁發電機帶領風電行業成功走向了5MW級別,但再進一步邁向10MW級別,永磁直驅或者雙饋風機都難堪大任。因為在目前的技術條件下,8/10MW是一個門檻,如果想更大一點兒,發電機的尺寸和重量就會嚇死人,沒法更大了。
超導技術是當前唯一可以解決發電機過大過重的技術。超導體的零電阻特性不僅解決了散熱問題,而且由于電流密度較傳統電機提高數倍乃至數十倍,功率密度將會大幅提升。因此,同樣功率條件下,超導發電機的重量、體積和材料消耗將遠遠小于傳統發電機。
對下一代風機技術的沖鋒已經開始,堂吉訶德大戰風車的故事在歐洲、美國、中國輪番上演,但各方的戰略目標卻并不相同。
全球最早的10MW風機ST10
ST10由挪威公司Sway設計研發,這家公司的成立使命就是研發10MW風機,從2005年開始,他們一直醉心于研發10MW的風機。
Sway ST10渦輪機有一個大直徑的永久磁鐵環式無鐵芯發電機,直接由渦輪機轉子驅動。該系統與傳統設計相比重量顯著減少,消耗更少的能源成本,特別適合離岸安裝。
ST10的主要優勢是節省稀土,比傳統的永磁直驅式發電機能夠節省35-40%的稀土成本;此外,結構上的優化,使得發電機重量比傳統同樣大小的永磁直驅式發電機輕55-60%。總體節省的成本約為20%左右。
ST10功率10MW,轉子直徑164米,葉片長度67米,截至2012年年底,Sway已投入了超過20百萬歐元研發ST10。ST10樣機計劃安裝在挪威西海岸,項目已經獲得挪威政府批準。