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直式风机一线生机,瑞典厂商押注浮式基础离岸风能发展

直式风机一线生机,瑞典厂商押注浮式基础离岸风能发展

直式风机由于造型与概念新颖,在风力发电技术发展初期曾经一度受到期待,如今却已经完全淡出产业焦点,因为直式风机的经济效益就是远远低于主流的扇叶式风机。就在直式风机可能就要从此被尘封的时候,由于离岸风能的发展,突然有了一线生机。

美国桑迪亚国家实验室(Sandia National Laboratories2018 年时曾发布进行 5 年、耗资 410 万美元的研究,发现直式风机可能应用于浮式基础离岸风能时,有潜力能节省成本,原因在于浮式基础的特性,若是有重物在越高处,浮式基础就要增加越多配重与之平衡,结果需要更多浮力支撑,整体结构将变得更大,成本也就如滚雪球般暴增。很不幸的是,主流扇叶型风机的重量,都集中在机舱与扇叶,也就是塔顶,且随着风机规模增大,塔身还越来越高。

相对而言,直式风机的特性是,机组等较重的配置都在底座附近,这让直式风机搭配浮式基础时有天然的稳定性,浮式基础的规模与成本也可望大幅下降。虽然直式风机本身的经济效益比主流扇叶式风机差,但离岸风机的成本主要在于基础,所以基础成本下降更多,让直式风机比主流扇叶式风机有经济价值。

另一方面,直式风机可轻松应对不同高度的风向转变,风向怎麽转都可发电,但扇叶式风机得尽量面对风向较麻烦。此外,主流扇叶式风机若是太靠近,会产生尾流效应(wake effect)导致发电效果较低,为了避免此状况,以奇异(GE12 百万瓦(megawatt)风机而言,扇叶直径达 220 米,若要避免尾流效应,得要分开 1.5 公里远,这将使缆线成本大增。相对的,直式风机的特性,两座相邻时还可提升发电效率,直式风机尾流效应不同的特性,分布可较密集,甚至可能安装在较狭小的水域。

当主流扇叶式风机越高大,对浮式基础越不利的同时,直式风机却没有这个问题,可扩大规模提升发电效率,因此在陆上的不利局面获得平衡。桑迪亚国家实验室认为,直式风机应用在浮式基础离岸风能,可望将均化成本降到每度电 0.11 美元,也就是约新台币 3.45 元。

呼应桑迪亚国家实验室的研究发现,瑞典新创风能公司 SeaTwirl 积极投入直式风机的离岸应用,于 2019 5 月取得中国申请专利通过,2019 4 月时,宣布取得离岸物流公司 NorSea 及比利时通路集团 Colruyt Group 支持,将进行预算 7,000 万瑞典克朗的测试计划,兴建一座 1 百万瓦发电容量的浮式基础离岸直式风机原型机,计划在 2020 年兴建完成,地点预定在挪威。

不过,产业界对直式风机仍抱持怀疑,因为过去直式风机表现总不如主流的扇叶式风机,因此也从未采纳为大规模计划的风机技术,缺乏规模化应用经验,让直式风机规模化的风险增加,也不易找到融资方。产业界预期直式风机可能要花上数十年,以及数十亿美元的经费,才能达到一座风机 12~15 百万瓦等级。另一方面,主流的扇叶式风机现在就已挑战这个等级,且产业界营运经验丰富,在量产与规模化之下越来越有经济效益,直式风机恐怕还是很难追赶上扇叶式风机领先的落差。

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