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新型永磁技術(shù)-怒海中的超導(dǎo)風(fēng)力渦輪機(jī)

IEEE電氣電子工程師 ? 來源:未知 ? 作者:李倩 ? 2018-11-14 10:24 ? 次閱讀
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想象這樣一幅畫面:在海浪的上方矗立著一座100米高的細(xì)塔。塔頂有一個250噸重的機(jī)艙,艙內(nèi)裝有渦輪發(fā)電機(jī)和發(fā)電所需的其他設(shè)備,當(dāng)風(fēng)電機(jī)長約60米的槳葉轉(zhuǎn)動帶動機(jī)艙工作時,塔周邊是一片海水翻騰。

而現(xiàn)在,當(dāng)你讓剛才想象的所有東西的尺寸都增大1倍后,重量卻變成了原來的5倍。

這就是始終困擾海上風(fēng)力電廠建設(shè)者們的一個問題。一般來說,尺寸越大,風(fēng)力發(fā)電機(jī)的效率越高,這就意味著每臺渦輪機(jī)能產(chǎn)生更多的電力。因此,長久以來,風(fēng)力電廠運(yùn)營商一直在要求更大功率的海上渦輪機(jī),而制造商們也一直在滿足他們的需求。今年4月,由維斯塔斯風(fēng)力系統(tǒng)公司生產(chǎn)的8.8兆瓦渦輪機(jī)在蘇格蘭的海岸邊成功安裝,這是目前功率最大的渦輪機(jī),而即將建設(shè)的北海風(fēng)力電廠的投標(biāo)則有望在2025年左右實現(xiàn)13到15兆瓦的渦輪機(jī)。這些渦輪機(jī)在工作時,能為大約9000個家庭供電。雖然風(fēng)電機(jī)的尺寸越大越好,但如果其核心技術(shù)沒有相應(yīng)的巨大變革,更大的尺寸很快就會變得荒唐可笑。

根據(jù)一項名為InnWind的歐盟項目計算,如果用現(xiàn)有技術(shù)制造一臺20兆瓦的風(fēng)力渦輪機(jī),僅其機(jī)艙的重量就接近1100噸(相當(dāng)于11頭藍(lán)鯨的重量)。渦輪機(jī)的3個槳葉的單片重量將接近40噸,直徑超過250米(相當(dāng)于8頭藍(lán)鯨的長度)。要想支撐起海浪上方170米高處的這頭兆瓦巨怪,下面的塔架需要重達(dá)1800噸?,F(xiàn)在,讓我?guī)痛蠹野颜@幅畫面補(bǔ)充完整:18頭藍(lán)鯨作為塔架支撐著作為機(jī)艙的另外11頭,還有8頭藍(lán)鯨像鯨魚風(fēng)車那樣旋轉(zhuǎn)著。(不用謝。)

“而現(xiàn)在的問題是當(dāng)前的技術(shù)限制了大尺寸風(fēng)電機(jī)的建造,”西班牙應(yīng)用研發(fā)機(jī)構(gòu)Tecnalia研究院(Tecnalia Corporación Tecnológica)可再生能源與存儲系統(tǒng)小組的電力工程師、歐盟超導(dǎo)渦輪機(jī)項目Suprapower的協(xié)調(diào)員艾克?馬里諾(Iker Marino)說道,“頂部的機(jī)構(gòu)太重了?!?/p>

那么該如何從由磁鐵、齒輪、鐵芯和數(shù)千米的銅線繞組制造的機(jī)器中減少數(shù)百噸質(zhì)量呢?或許可以把磁鐵甚至銅繞組換成超導(dǎo)體線圈。

很簡單,對吧?實際上并非如此。最近,縱觀數(shù)年的跨國研究工作,可以得出結(jié)論,盡管建造這類渦輪機(jī)是可行的,但也面臨著巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)。隨著永磁體越來越好、越來越便宜,采取這種做法的意愿越來越弱。實際上,基于永磁體的技術(shù)作為黑馬競爭者,正在將超導(dǎo)體擠出10兆瓦的領(lǐng)域。除非超導(dǎo)體的經(jīng)濟(jì)性或特性能夠大大提升(事實上這兩種情況都是有可能的),否則在未來,甚至20兆瓦的海洋巨神也將與超導(dǎo)體無緣。

風(fēng)力渦輪機(jī)非常復(fù)雜。它們通過機(jī)械、磁力和電力過程相互作用而運(yùn)行,每個參數(shù)的微調(diào)都會使整個過程發(fā)生復(fù)雜變化。然而,它們基本上都有相同的基礎(chǔ)條件與組件。當(dāng)葉片以相當(dāng)平穩(wěn)的速度轉(zhuǎn)動時會產(chǎn)生很大的扭矩,但這緩慢的速度對發(fā)電來說并不理想,因此,齒輪渦輪機(jī),尤其是應(yīng)用在陸地上的大多數(shù)齒輪渦輪機(jī),都采用變速箱將速度提高數(shù)百倍,驅(qū)動發(fā)電機(jī)快速旋轉(zhuǎn)。

但為了降低維護(hù)成本,一些制造商選擇了一種被稱為“直接驅(qū)動”的海上渦輪機(jī)技術(shù),該技術(shù)不需要變速箱。該技術(shù)中,轉(zhuǎn)子是一個巨大的環(huán),內(nèi)含許多具有交替極性的永磁體。發(fā)電機(jī)的另一核心組件是環(huán)繞著轉(zhuǎn)子的定子,它包含銅線圈,轉(zhuǎn)子的磁場在定子的線圈中感應(yīng)產(chǎn)生電壓。

從根本上來說,超導(dǎo)體可以降低發(fā)電機(jī)的重量,因為超導(dǎo)線圈制成的較輕的電磁鐵可代替直接驅(qū)動的永磁體。這些電磁鐵相對較輕,因為超導(dǎo)體能夠承載大量電流——也就是說,它們具有較高的電流密度。該機(jī)器中的銅導(dǎo)體每平方毫米截面的安培數(shù)最高也僅為個位數(shù)。在為Suprapower 10兆瓦渦輪項目建造的實驗性超導(dǎo)渦輪繞組中,電流密度躍升至驚人的58安/平方毫米。

為了開發(fā)高溫超導(dǎo)體的潛力,如釔鋇銅氧化物(YBCO),人們已經(jīng)做了大量工作。YBCO在低于90開爾文的溫度下會變成超導(dǎo)體——該溫度足夠高,可以使用便宜的液氮代替非常昂貴的液氦進(jìn)行冷卻。幾年前,業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的YBCO制造商美國超導(dǎo)公司(AMSC)提出了一種粗略的渦輪機(jī)設(shè)計。(該公司并未對本文的置評請求做出回應(yīng)。)但最近多數(shù)的歐洲超導(dǎo)風(fēng)力渦輪機(jī)項目都選定了另外一種超導(dǎo)體——二硼化鎂(MgB2)。

二硼化鎂的超導(dǎo)性在2001年才被發(fā)現(xiàn),盡管它要在溫度低于40開爾文時才會失去電阻,但它便宜得多,在每次成本分析中都能擊敗YBCO。每米大約4歐元(合4.63美元)的二硼化鎂膠帶“可能不是性能最佳的材料,但它具有最佳性價比”。馬里諾說道。

哥倫布超導(dǎo)體(Columbus Superconductors)是一家業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的二硼化鎂線材供應(yīng)商,也是Suprapower和早先美國能源部項目的合作伙伴,總部位于意大利熱那亞。Innwind和法國最近的一項名為EolSupra20的項目就是由該公司促成的。

其中,Suprapower最近生產(chǎn)出了一些切實的東西。該項目于2017年5月結(jié)束,耗資540萬歐元(合625萬美元),為期5年,不僅設(shè)計了一臺10兆瓦的直接驅(qū)動超導(dǎo)渦輪發(fā)電機(jī),還制成了設(shè)計的關(guān)鍵部分——補(bǔ)足48個超導(dǎo)電磁線圈中的2個,從而組成一個完整的轉(zhuǎn)子。該設(shè)計要求發(fā)電機(jī)質(zhì)量為163噸,與使用當(dāng)前的永磁體技術(shù)建造相比減少了26%。

轉(zhuǎn)子線圈由嵌入二硼化鎂線材的扁平銅線制成。銅可增強(qiáng)相對脆弱的二硼化鎂,并導(dǎo)出熱量。項目期間擔(dān)任公司總經(jīng)理的吉安尼?拉格索(Gianni Grasso)表示,對于哥倫布超導(dǎo)體來說,線圈的幾何形狀是相對困難的部分。這些類似“跑道” 形狀的線圈大致是矩形,尖角對線材產(chǎn)生應(yīng)力,會破壞超導(dǎo)體?!耙虼?,我們不得不開發(fā)一種特殊的工具來進(jìn)行卷繞?!?/p>

而更大的挑戰(zhàn)是,找到一種方法使繞組線圈能夠在海上保持20開爾文的溫度?!八袊@熱去除的工程都是可行的,但也是復(fù)雜的,”馬里諾說,“海上條件是一個復(fù)雜問題?!?/p>

通常,超導(dǎo)體(例如磁共振機(jī)器中的超導(dǎo)體)通過浸入到液氦這樣的低溫溶液中來進(jìn)行冷卻。但Suprapower排除了這個選擇。在進(jìn)行海上維護(hù)時,必須將該液體移除,加熱發(fā)電機(jī)內(nèi)部,然后更換部件。在風(fēng)力發(fā)電塔的塔頂上處理此類液體,還要拖帶對氣體進(jìn)行再液化的設(shè)備,似乎并不實際。

相反,Suprapower的工程師采用傳導(dǎo)的方式來冷卻線圈。古福德-麥克馬洪循環(huán)低溫制冷機(jī)可為分散式模塊化的低溫恒溫器提供冷卻能力,從而保持低溫恒溫器的內(nèi)部溫度。該模塊化系統(tǒng)中的每個超導(dǎo)線圈都有自己的低溫恒溫器,其設(shè)計目的是使線圈保持真空狀態(tài)。

馬里諾表示,希望這些低溫恒溫器的模塊化特性能夠使維護(hù)變得更加容易。如果低溫恒溫器或其密封的線圈需要更換,技術(shù)人員僅需攜帶接近室溫的特定部件,更換后再將其冷卻。這種便利性可以加快維修速度,但馬里諾預(yù)計,其維護(hù)的工作仍需要比傳統(tǒng)機(jī)器花費(fèi)更長的時間。

盡管Suprapower建造了超導(dǎo)風(fēng)力渦輪機(jī)的一個重要部件,但它還是沒有回答是否能夠建造更大的超導(dǎo)渦輪機(jī)這一問題。這是InnWind的目標(biāo)。2012年InnWind啟動了一項價值2000萬歐元(合2320萬美元)的項目,研發(fā)了各種基于新技術(shù)的設(shè)計,其中包括二硼化鎂超導(dǎo)體。它的目的是:以盡可能低的成本,設(shè)計并完成可用于50米水深的10兆瓦和20兆瓦的風(fēng)力渦輪機(jī),從而為未來的發(fā)展指明方向。但是,在通往未來的路上,發(fā)生了一件有趣的事:它變得更加復(fù)雜了。

在過去的5年中,先進(jìn)渦輪機(jī)所需的那種永磁體的價格已經(jīng)降低到原來的1/4,大約為每公斤25歐元(合29美元)。丹麥技術(shù)大學(xué)風(fēng)力能源系的高級研究員阿舍爾?貝奇?亞伯拉罕森(Asger Bech Abrahamsen)曾領(lǐng)導(dǎo)過InnWind的動力傳動設(shè)計工作,他表示:“憑借這種投入價格水平,超導(dǎo)機(jī)器無法與之競爭。”

InnWind的研究人員的目標(biāo)是使整個渦輪機(jī)系統(tǒng)(包括基礎(chǔ)、塔架和葉片)的平準(zhǔn)化度電成本(LCOE)為最低。LCOE是渦輪機(jī)在其使用周期中為實現(xiàn)收支平衡所需要的基本電價。該數(shù)據(jù)考慮到了制造、建設(shè)、維護(hù)、效率、退役和其他因素,也是風(fēng)力電廠投資者用以決定建造什么和在哪里建造的關(guān)鍵指標(biāo)之一。

在InnWind尋求最低LCOE的過程中,永磁體價格下降,迫使其在10兆瓦超導(dǎo)渦輪機(jī)設(shè)計中減少了超導(dǎo)材料的使用量,并增加磁性鋼的用量來輔助集中剩余的超導(dǎo)體磁場。由于出現(xiàn)了意想不到的結(jié)構(gòu)共振,InnWind不得不增加更多的鋼材。而產(chǎn)生這個問題的原因是塔頂?shù)馁|(zhì)量太輕,當(dāng)41.7噸的葉片擺過塔架時,轉(zhuǎn)動葉片對塔結(jié)構(gòu)作用力的頻率與固有頻率太接近,這會縮短基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)所要求的25年的使用壽命。亞伯拉罕森解釋說,更為不幸的是,模擬試驗表明,渦輪發(fā)電機(jī)越輕,共振就越強(qiáng)。InnWind的設(shè)計師們面對著發(fā)電機(jī)變得越輕,基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)越昂貴這樣一種情況,他們將10兆瓦超導(dǎo)動力傳動系統(tǒng)的質(zhì)量飆升到286噸,而若按比例增大基于永磁體直接驅(qū)動技術(shù)的系統(tǒng),其質(zhì)量僅為215至237噸。

雖然InnWind的20兆瓦二硼化鎂設(shè)計沒有共振問題,但它仍然需要大量鋼材來彌補(bǔ)設(shè)計中減少的超導(dǎo)體的使用量。亞伯拉罕森說,使用超導(dǎo)體的本意是使最輕、最小的渦輪發(fā)電機(jī)成為可能,但從低LCOE的角度來看,“我們不得不說,輕量發(fā)電機(jī)并非總是有益的?!?/p>

永磁體的價格暴跌也為超導(dǎo)體的黑馬競爭者提供了機(jī)會。總部位于英格蘭謝菲爾德的英國馬格諾動力學(xué)公司(Magnomatics)開發(fā)了一種磁性齒輪系統(tǒng),稱為磁性偽直接驅(qū)動(PDD)。

如果沒有看到它在運(yùn)轉(zhuǎn),你很難完全理解這套系統(tǒng)。是這樣的:PDD是一組由3個同心圓柱體組成的集合。內(nèi)圓環(huán)和外圓環(huán)分別由交替極性的永磁體條帶組成。外圓柱體有很多條帶,內(nèi)圓柱體則只有幾個。中間的圓柱體由交替的鋼條帶和非磁性支撐材料組成。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時,外圓環(huán)保持靜止,而來自渦輪機(jī)葉片的輸入使中間的鋼圓柱體低速旋轉(zhuǎn)。該圓柱體操縱外圓柱永磁體的磁力線,形成一個與鋼圓柱體方向相反的快速旋轉(zhuǎn)磁場。該磁場與內(nèi)圓柱的永磁體耦合作用,產(chǎn)生內(nèi)圓柱的高速旋轉(zhuǎn)。為了將該裝置轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機(jī),在外圓環(huán)周圍安放銅線圈,與內(nèi)圓環(huán)一樣,線圈經(jīng)歷了快速移動的磁場。快速移動的磁場在銅線材線圈中感應(yīng)產(chǎn)生電壓。

在InnWind的分析中,這種設(shè)置在效率上擊敗了超導(dǎo)設(shè)計。PDD“即使在低風(fēng)速下也能通過其高效率獲得最大收益?!眮啿鄙f道。他指出:“一臺超導(dǎo)機(jī)器也能達(dá)到很高的效率,但它需要冷卻系統(tǒng)?!崩鋮s系統(tǒng)即使在沒有風(fēng)的情況下,也會持續(xù)消耗能量。雖然其他因素(如建設(shè)成本)也都分?jǐn)傇跍u輪機(jī)25年的壽命中,但效率對成本的影響更為直接。

馬格諾動力學(xué)公司的驅(qū)動技術(shù)首席工程師大衛(wèi)?鮑威爾(David Powell)說:“聽起來不多,但效率提高2%,意味著LCOE提高2%。” 他補(bǔ)充說,在風(fēng)電行業(yè),“2%的意義非同凡響?!?/p>

PDD采用較小尺寸的齒輪渦輪機(jī),無須承受機(jī)械齒輪的能量損失,因而獲得了相對較高的效率。每級損失可達(dá)到1%到2%,很多渦輪機(jī)有3個齒輪級,鮑威爾解釋道。然而,在PDD中沒有機(jī)械連接;圓柱體之間懸浮,由氣隙彼此隔開,甚至不需要潤滑劑。

雖然風(fēng)電行業(yè)的主要賣點是PDD系統(tǒng)的效率,但它的體積也相當(dāng)小,并且比現(xiàn)有技術(shù)所需的銅繞組更少。10兆瓦PDD設(shè)計的動力傳動系統(tǒng)質(zhì)量比超導(dǎo)二硼化鎂設(shè)計的質(zhì)量要輕100噸以上。渦輪機(jī)的直徑只有6米,而參考設(shè)計值是10米。鮑威爾說,這種尺寸差異可帶來制造優(yōu)勢,因為渦輪機(jī)制造商可選擇在老舊的小型工廠中建造新的高兆瓦渦輪機(jī)。

馬格諾動力學(xué)公司計劃利用這一勝利成果。但要將容量擴(kuò)展到10兆瓦或更高,還有很多工作要做。用傳統(tǒng)技術(shù)建造的機(jī)器已經(jīng)下水,距10兆瓦僅差1兆瓦多一點,“我們需要加快趕上,”鮑威爾指出,“現(xiàn)在這一切都發(fā)生在我們身上。我們只需要抓住合適的人選。”

雖然非超導(dǎo)體技術(shù)在成本方面勝過了InnWind,但該行業(yè)聯(lián)盟的分析并不是唯一的。一個規(guī)模較小的名為EolSupra20的法國項目,基于對LCOE的探索,目標(biāo)直指20兆瓦,并得出了截然不同的結(jié)果。

與其他項目不同,EolSupra20設(shè)計的轉(zhuǎn)子和定子中都有二硼化鎂超導(dǎo)體?!澳阋棉D(zhuǎn)子創(chuàng)建一個非常大的磁場?!卑屠杷_克雷大學(xué)助理教授洛伊克?韋爾瓦(Lo?c Quéval)說道。因此你需要用直流電,因為它在超導(dǎo)體中的流動不會有損失,也不會產(chǎn)生熱量。

“而定子則不同?!彼f道。當(dāng)轉(zhuǎn)子的磁場穿過它時,定子繞組中的電流會改變方向。令人驚訝的是,超導(dǎo)體在承載交流電時,確實會產(chǎn)生一些損失。這對設(shè)計產(chǎn)生了兩個影響。首先,它需要不同形式的超導(dǎo)線材來解決這個問題。交變磁場在超導(dǎo)體表面產(chǎn)生感應(yīng)電流環(huán)損耗。很可惜,超導(dǎo)體(尤其是高溫超導(dǎo)體)通常被制成帶狀而非線狀,因此形成的這些感應(yīng)電流環(huán)的表面積很大。哥倫布超導(dǎo)體公司的拉格索說:“生產(chǎn)低交流損耗的高溫超導(dǎo)體幾乎是不可能的,但采用二硼化鎂就有可能?!痹摴揪蜕a(chǎn)這種材料。

哥倫布超導(dǎo)體公司一直在研究非帶狀且具有較小表面積的二硼化鎂材料。它正在生產(chǎn)的線材中嵌有很多直徑為10微米的二硼化鎂圓形細(xì)絲。這些細(xì)絲表面積非常小,無法形成很多電流環(huán),拉格索解釋道。在一種型號中,91根這樣的細(xì)絲被嵌入一條六角形銅鎳線材中。這些線材隨后被制成扁平狀,稱為盧瑟福(Rutherford)電纜,不過現(xiàn)在還沒有達(dá)到可用的長度。

超導(dǎo)定子的第二個影響是它必須被冷卻,并且要比轉(zhuǎn)子的冷卻更急劇。EolSupra20設(shè)計使用一組制冷機(jī)來讓轉(zhuǎn)子保持在10開爾文的溫度,在這個溫度下,轉(zhuǎn)子可以實現(xiàn)最大化超導(dǎo)體的載流能力。定子用另一組獨(dú)立的制冷機(jī),溫度設(shè)置為20開爾文,因為若要維持比這更低的溫度水平,它需要更大的功率。

為了滿足這些需求,該設(shè)計需要總數(shù)不少于85臺的制冷機(jī)。“我們把制冷機(jī)放在各處?!?韋爾瓦說道。采購大功率制冷機(jī)是個問題,因此EolSupra20使用了多個小型制冷機(jī)。EolSupra20在設(shè)計中使用的是住友重機(jī)械工業(yè)RDK-0408S2二級制冷機(jī),僅有18公斤重,能夠從線圈中吸收幾瓦特到幾十瓦特的熱功率,但消耗的功率約為其100倍左右?!澳壳?,效率真的很低?!表f爾瓦說道。

EolSupra20的超導(dǎo)設(shè)計確實在LCOE方面成功擊敗了使用傳統(tǒng)技術(shù)生產(chǎn)的渦輪機(jī)。它的報價為每兆瓦時119歐元(合140美元),而傳統(tǒng)渦輪機(jī)的報價是每兆瓦時129歐元(合152美元)。據(jù)韋爾瓦和EolSupra20團(tuán)隊所言,其差別是由超導(dǎo)體生產(chǎn)的發(fā)電機(jī)重量大大下降。全超導(dǎo)發(fā)電機(jī)的重量是178噸,體積僅是傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)的1/3。

Eolsupra20的LCOE明顯高于InnWind使用的20兆瓦渦輪機(jī),即每兆瓦時93歐元(合108美元)。韋爾瓦指出,在某種意義上,LCOE是有地方差異的。InnWind的目標(biāo)是北海的深水域,那里競爭激烈,正規(guī)劃建立電網(wǎng)連接。未來的風(fēng)力電廠已經(jīng)得到承諾,當(dāng)?shù)氐膬r格將低于每兆瓦時100歐元(合116美元)。法國大西洋沿岸在經(jīng)濟(jì)上和地理上都是完全不同的環(huán)境。法國盡管有著長長的、多風(fēng)的海岸線,但目前沒有海上風(fēng)電廠。2012年以來,該國已經(jīng)以每兆瓦時200歐元(合232美元)的高價,為3000兆瓦的海上發(fā)電量招標(biāo)。該數(shù)字可能很快就會發(fā)生變化。鑒于北海的價格意外地飛速下跌,法國政府在3月表示希望能重新談判。

因此,面對種種因素的影響,是選擇超導(dǎo)體還是PDD?哪種技術(shù)將在未來統(tǒng)治海洋? InnWind所做的肯定是一項全面的綜合研究,歷時5年,調(diào)查了大約27家工業(yè)和研究機(jī)構(gòu)。盡管如此,它也在報告中承認(rèn)了其技術(shù)有很多不確定性。InnWind對兩種動力傳動系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行了評判:還同處于“實驗室測試”的級別。

一個更好的問題,也是InnWind嘗試回答的問題,可能是:為了與PDD驅(qū)動競爭,超導(dǎo)體需要些什么?根據(jù)亞伯拉罕森和他InnWind的同事們的說法,要實現(xiàn)和永磁體類似的降價幅度,二硼化鎂還有很長的路要走。如果二硼化鎂每米價格1歐元(合1.16美元),而不是4歐元(合4.64美元),20兆瓦設(shè)計就能增加更多的二硼化鎂,制造更強(qiáng)力的磁鐵,從而減少笨重的磁性鋼。但這種設(shè)計要具有競爭力,還需要將低溫恒溫器和冷卻設(shè)備的預(yù)算成本降低90%。超導(dǎo)風(fēng)電渦輪機(jī)的大規(guī)模商業(yè)化能否產(chǎn)生足夠的需求,同時降低兩種技術(shù)的價格,還是一個懸而未決的問題。

但價格并不是唯一可以改變的東西。超導(dǎo)體開始起超導(dǎo)作用的臨界溫度是大多數(shù)人所關(guān)注的,但實際上,它只是導(dǎo)致超導(dǎo)的三重條件之一。還有臨界電流密度和最大磁場,它們超出臨界條件也會導(dǎo)致超導(dǎo)性被破壞。例如,將臨界電流值提高到原來的4倍,也會產(chǎn)生與降價相似的效果,因為你可以用1/4的超導(dǎo)體數(shù)量產(chǎn)生更強(qiáng)的磁場。更好的是,它將適用于不同的動力傳動系統(tǒng)設(shè)計。“線材越好,系統(tǒng)的其余部分就越簡單?!盨uprapower的拉格索總結(jié)道。

也許對極大型渦輪機(jī)的LCOE分析有點為時過早。另一個名為EcoSwing的歐盟項目旨在證明中等規(guī)模超導(dǎo)發(fā)電機(jī)的競爭力,并且其工程已幾近完成。到2019年3月,這個1400萬歐元(合1630萬美元)的項目計劃在一臺改裝的3.6兆瓦渦輪機(jī)內(nèi),安裝一臺超導(dǎo)發(fā)電機(jī),安裝將在陸上進(jìn)行,因為安裝和維護(hù)比較容易。

和高裝機(jī)容量的海上項目不同,EcoSwing項目的目標(biāo)是進(jìn)入當(dāng)今陸上中等規(guī)模設(shè)備的市場。超導(dǎo)體技術(shù)的設(shè)計已將渦輪機(jī)的功率密度提高了1倍,渦輪發(fā)電機(jī)體積縮小了40%,比市場領(lǐng)先者的成本降低了15%,ECO 5的EcoSwing項目總監(jiān)尤爾根?凱勒(Jürgen Kellers)說道。ECO 5是一家工程公司,是EcoSwing項目的9家參與者之一。

除了尺寸以外,EcoSwing的發(fā)電機(jī)與InnWind及其他海上設(shè)計的不同之處,在于EcoSwing使用單臺大型低溫恒溫器,而不是很多模塊化低溫恒溫器。它還用高溫超導(dǎo)體YBCO來代替二硼化鎂。該公司不考慮成本而選擇了前者,是因為YBCO更容易冷卻?!澳憧梢哉f二硼化鎂已經(jīng)處于YBCO未來的成本水平,” 凱勒說道,“可另一方面,冷卻它卻不像冷卻YBCO那樣簡單?!?/p>

5月22日,該項目在弗勞恩霍夫研究所風(fēng)能系統(tǒng)動態(tài)實驗室完成了對其發(fā)電機(jī)的測試,該實驗室能夠提供扭矩和其他條件,測試全尺寸風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)。這是第一臺進(jìn)行此類測試的超導(dǎo)機(jī)器。

動態(tài)實驗室測試以后,該機(jī)器將留在荷蘭特文特大學(xué)進(jìn)行最后的組裝,隨后裝船運(yùn)到丹麥,安裝在渦輪機(jī)中?!叭缓笪覀儗⑺跹b起來,看看EcoSwing發(fā)電機(jī)在北海的嚴(yán)酷條件下表現(xiàn)如何?!?凱勒說道。

馬格諾動力學(xué)公司的磁性偽直接驅(qū)動技術(shù)也并不落后。它下一階段要制造一臺500千瓦的發(fā)電機(jī),并將在位于英國布萊斯的國家可再生能源中心的動力計上進(jìn)行測試。然后,“我們將嘗試在機(jī)艙中安裝一臺2至3兆瓦的機(jī)器,來獲取真實數(shù)據(jù)?!瘪R格諾動力學(xué)公司的鮑威爾說道。

未來設(shè)計的競爭可能已經(jīng)轉(zhuǎn)向了PDD,但證明兩種技術(shù)是否真正奏效的競爭才剛剛開始。

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原文標(biāo)題:新型永磁技術(shù)-怒海中的超導(dǎo)風(fēng)力渦輪機(jī)

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