重新思考风力发电的塔架和涡轮机

新材料和设计可以使可再生能源的主要来源变得更环保、更便宜。

乍一看，矗立在瑞典斯卡拉市绿色景观中的风力涡轮机塔看起来与其他塔没什么两样。它高达105米，顶部支撑着三个熟悉的大型旋转叶片。

但与大多数钢制风力涡轮机塔不同，这座塔是木制的。它代表了瑞典工程公司Modvion的首个商业安装，它可能预示着风能的未来。

参天木

在可再生能源方面，木材可以作为塔的材料，使风力发电更加环保。

此外，Modvion首席执行官奥托·伦德曼(OttoLundman)表示，木材可以帮助风力涡轮机变得更便宜、更强大，在环保的基础上提供经济激励。

“木制涡轮机塔比钢塔更轻、更模块化，并且可以建造得更高，”伦德曼说。

Modvion获得了欧盟资助，以推进木塔高空风力涡轮机的目标。该项目从2020年10月持续到2023年9月。

Skara涡轮机的塔架是该项目中出现的，由来自位于西南约130公里处哥德堡的Modvion工厂的层压木材制成。

瑞典电力公司VarbergEnergi花了大约一年的时间建造并于2024年2月投入运营。丹麦维斯塔斯提供了涡轮机。

“建造和设计这样的塔需要大量投资，”伦德曼说。“欧盟的资金有助于我们开发这项技术。”

走向成长

近年来，风能在欧洲迅速增长，到2022年可满足欧盟16%的电力需求。2021年，风能还占欧盟可再生能源发电量的37%。

根据WindEurope行业协会的数据，2023年欧洲风能发电量将达到创纪录的17吉瓦。

尽管如此，欧盟必须进一步扩大风电规模，以实现到2030年将温室气体排放量较1990年减少55%的目标，并将可再生能源的市场份额从现在的23%左右提高到本十年末的42.5%。

为了帮助实现这些目标，从现在到2030年，每年需要建造30吉瓦的风力涡轮机。

一些行业人士的想法是，需要能够提高盈利能力的新设计，从而推动科学努力。

英国斯特拉斯克莱德大学副教授詹姆斯·卡罗尔博士表示：“近几十年来，风能行业在逐步降低能源成本方面做得非常出色。”“但传统涡轮机的成本改进一直在放缓。这就是为什么我们需要寻求更彻底的改进。”

细数收获

这就是Modvion的木制风力涡轮机塔所带来的希望——出于三个显着的经济原因。

一是与实力有关。据该公司称，Modvion使用的单板层压木材的重量比风力涡轮机塔架传统使用的钢材强55%。

Modvion将其工程木材称为“大自然的碳纤维”。

乐观的另一个原因是体重。木塔比同类钢塔轻三分之一，因此更容易运输。

然后是高度。凭借木材的强度和运输优势，Modvion希望建造更高的塔楼。

伦德曼说：“飞得越高，风就越大。”

更广泛的基础

要了解塔楼的技术挑战，请考虑塔楼的建造方式就像一个倒置的圆锥体：下方较宽，顶部较窄。塔越高，基座需要越宽。

传统上，这是通过将钢瓶相互堆叠来实现的。但在一定的塔高度以上，由于基础圆柱体的尺寸和重量，实际上不可能通过道路运输基础圆柱体。

相比之下，木质结构使用C形面板，这些面板粘合在一起形成圆柱体。这使得结构更加模块化，零件运输也更加容易——有点像宜家的风力涡轮机塔架。

伦德曼表示，使用类似的模块化钢结构效率低下，因为它们必须用螺栓固定在一起，从而大大增加成本。

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