中國儲能網(wǎng)訊：這話并不夸張，有抱負的風電企業(yè)都在燒錢搞超導技術(shù)，而且全世界的風電都在等超導風電技術(shù)的實現(xiàn)。所以歐盟給中國企業(yè)遠景能源資助1億人民幣，并不是心血來潮。
更大或者更省
風機單機功率從十年前的750KW到現(xiàn)在發(fā)展到最大8MW，風機葉片直徑已經(jīng)大到足以開進一輛公交車，還能更大么?
Bigger than bigger，大無止境，多數(shù)人還在關(guān)注5MW級別的風電機時，一小部分公司已經(jīng)默默地在研發(fā)10MW級別了，不過，他們發(fā)現(xiàn)自己幾乎別無選擇，只能依靠超導技術(shù)來實現(xiàn)Bigger than bigger。
此外，利用超導技術(shù)高功率密度的優(yōu)勢研發(fā)中型風機，還可以做到Less than less。
超導是一種神奇的現(xiàn)象。1911年，科學家發(fā)現(xiàn)，在低溫環(huán)境下，汞的電阻消失了(卡茂林˙昂內(nèi)斯因此獲得了諾貝爾獎)，又過了22年，科學家們發(fā)現(xiàn)這種超導體不僅沒有電阻，而且內(nèi)部磁場也為零。
抗磁性可以使物體在無摩擦的狀態(tài)下前進，因此航空運輸?shù)刃袠I(yè)正在積極研發(fā)超導磁懸浮技術(shù)。
零電阻特性無法像抗磁性這樣直觀展示，但超導體零電阻的特性對能源行業(yè)意義重大。因為超導體的零電阻特性，所以超導電纜可以實現(xiàn)遠程大容量輸電、超導計算機可以告別散熱問題、超導發(fā)電機可以大幅提高功率。
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(huán)境下才有超導特性。最開始科學家是發(fā)現(xiàn)汞在-268.98℃時變成超導體，之后又經(jīng)過幾十年的努力，到了1987年，科學家們發(fā)現(xiàn)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(yè)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(guān)重點放在兩個地方：一是想辦法以低廉的成本創(chuàng)造低溫環(huán)境;二是以各類手段尋找高溫超導體。在下游應用領(lǐng)域，風電行業(yè)表現(xiàn)十分積極，投入了大量的人力、物力、智力。
永磁發(fā)電機帶領(lǐng)風電行業(yè)成功走向了5MW級別，但再進一步邁向10MW級別，永磁直驅(qū)或者雙饋風機都難堪大任。因為在目前的技術(shù)條件下，8/10MW是一個門檻，如果想更大一點兒，發(fā)電機的尺寸和重量就會嚇死人，沒法更大了。
超導技術(shù)是當前唯一可以解決發(fā)電機過大過重的技術(shù)。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(tǒng)電機提高數(shù)倍乃至數(shù)十倍，功率密度將會大幅提升。因此，同樣功率條件下，超導發(fā)電機的重量、體積和材料消耗將遠遠小于傳統(tǒng)發(fā)電機。
對下一代風機技術(shù)的沖鋒已經(jīng)開始，堂吉訶德大戰(zhàn)風車的故事在歐洲、美國、中國輪番上演，但各方的戰(zhàn)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(shè)計研發(fā)，這家公司的成立使命就是研發(fā)10MW風機，從2005年開始，他們一直醉心于研發(fā)10MW的風機。
Sway ST10渦輪機有一個大直徑的永久磁鐵環(huán)式無鐵芯發(fā)電機，直接由渦輪機轉(zhuǎn)子驅(qū)動。該系統(tǒng)與傳統(tǒng)設(shè)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(yōu)勢是節(jié)省稀土，比傳統(tǒng)的永磁直驅(qū)式發(fā)電機能夠節(jié)省35-40%的稀土成本;此外，結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化，使得發(fā)電機重量比傳統(tǒng)同樣大小的永磁直驅(qū)式發(fā)電機輕55-60%?？傮w節(jié)省的成本約為20%左右。
ST10功率10MW，轉(zhuǎn)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(fā)ST10。ST10樣機計劃安裝在挪威西海岸，項目已經(jīng)獲得挪威政府批準。
或許是因為Sway在10MW風機上投入的時間之長、成本之高令人心生敬畏，此后研發(fā)10MW風機的公司幾乎全部放棄了永磁技術(shù)路線，轉(zhuǎn)戰(zhàn)超導發(fā)電機。
美國SeaTitan 10MW風電機組
因為和華銳風電的訴訟，AMSC(美國超導)在中國廣為人知，AMSC一直致力于超導領(lǐng)域的研究和應用。AMSC此前曾為美國海軍設(shè)計過超導發(fā)電機用來推動輪船，并在2009年成功應用于36.5MW的海軍發(fā)動機上，完成了全功率測試。
在此基礎(chǔ)上，2010年AMSC開始研發(fā)風機發(fā)電機，并于2012年完成設(shè)計。該風機輪轂高近125米，塔筒頂部直徑5米，底部直徑近8米。管狀鋼結(jié)構(gòu)的塔筒能放置在各種類型的傳統(tǒng)導管架及深水基礎(chǔ)上。SeaTitan風機的核心部分采用高溫超導發(fā)電機系統(tǒng)，它在全功率時電能損失能降低一半。
SeaTitan采用直驅(qū)式發(fā)電機，因此不用考慮主軸偏移帶來的影響，并且能夠通過大間隙的自由運動進行抵消。 除此之外，這項新技術(shù)還具有風機功率密度高、部分負載效率高、噪音小、沒有諧波、易于維護等優(yōu)點。
由于發(fā)電機的重量減輕，這樣發(fā)電機可直接放在塔筒上，從而可以改進主機架設(shè)計，并將負載直接從輪轂傳遞到塔筒。
AMSC正在為SeaTitan10MW風機尋找商業(yè)合作伙伴以批量化生產(chǎn)。
歐盟SUPRAPOWER項目
2013年4月23日，歐委會積極倡導，由西班牙Tecnalia能源公司(風力發(fā)電強項)和德國Karisruhe技術(shù)研究所(低溫和超導強項)聯(lián)合領(lǐng)導的歐洲SUPRAPOWER研發(fā)團隊正式組成。研發(fā)團隊目前有9家歐洲頂尖的新能源技術(shù)企業(yè)和科研機構(gòu)參與，項目初期的研發(fā)經(jīng)費由Tecnalia公司承擔，歐盟第七研發(fā)柜架計劃(FP7)已經(jīng)承諾提供技術(shù)研發(fā)資助。
利用超導體的巨大潛力來發(fā)展風能，是歐盟資助的項目SUPRAPOWER的研究目標。帶有超導體的發(fā)電機可以將功效提高到10兆瓦，在電機中使用超導材料能減少同步電抗和勵磁損失，增加空氣縫隙中的磁通量密度，無需鐵磁芯。與永磁發(fā)電機相比，能夠減少約50%的重量。
相比于目前廣泛使用的永磁風力電機，超導體電機僅需要不到其1%的稀土。而且，由于驅(qū)動電壓低(約100 mV)，超導發(fā)電機的轉(zhuǎn)子的絕緣層熱老化效應減弱，因而沒有絕緣失效的風險。另外，超導發(fā)電機零電阻特性決定了風機超負荷運轉(zhuǎn)時也不會出現(xiàn)過熱的情況。
參與該項目的共有9個來自工業(yè)與科研領(lǐng)域的伙伴，其中Karisruhe技術(shù)研究所(KIT)為該項目建造旋轉(zhuǎn)式低溫恒溫器，利用吉福德-麥克馬洪散熱器，通過純熱傳導，使超導線圈冷卻至零下253.15攝氏度。在這個溫度下，超導體可以實現(xiàn)無損耗導電。
目前這個項目的樣機測試等后續(xù)進展還沒有進一步的消息。
中國公司遠景能源進軍超導風機
中國企業(yè)研發(fā)超導風機的消息早已有之，但是傳言多于實際行動，今年，全球最大的科研創(chuàng)新框架計劃歐盟“地平線2020”計劃決定資助遠景能源主導研發(fā)的EcoSwing超導風機，資助1億元人民幣，由歐盟和歐盟成員國提供資金支持。
和其他進軍超導技術(shù)的顯著不同之處是，EcoSwing超導示范風機功率只有3.6MW，遠景能源的目標看起來不是大，而是要推動風電成本的降低。
遠景能源全球創(chuàng)新中心總裁Anders V.Rebsdorf對媒體介紹，同樣的輸出轉(zhuǎn)矩，采用遠景能源的EcoSwing超導風機，重量較傳統(tǒng)發(fā)電機可以減輕40%以上，這使整個機艙的重量減輕25%，其他原材料的用量也會成比例地減少。同時，稀土使用量至少減少兩個數(shù)量級。
由于EcoSwing在轉(zhuǎn)矩密度方面的優(yōu)勢，依靠EcoSwing超導風機，風力發(fā)電的經(jīng)濟性將會得到極大程度的提升。據(jù)遠景能源全球創(chuàng)新中心測算，采用EcoSwing超導風機技術(shù)，風電度電成本有望下降至少30%以上。
為能使此項技術(shù)得以成功應用，EcoSwing項目團隊將進行全面的風險研究與評估，在EcoSwing通過認證的實驗室測試后，計劃在遠景丹麥的大兆瓦風電機組上至少運行1年的時間，并且定期維護及開展相關(guān)測試及驗證。
通過比較可以發(fā)現(xiàn)，四家企業(yè)中，Sway起步最早，美國超導有核心技術(shù)優(yōu)勢，Tecnalia能源公司和KIT強強聯(lián)合，遠景能源擅長后發(fā)制人，各有千秋。但超導技術(shù)優(yōu)勢勝過永磁發(fā)電機，Sway雖然起步早，進展緩慢錯在方向有誤;美國超導以及Tecnalia&KIT技術(shù)實力雄厚，但超導技術(shù)應用于風電領(lǐng)域需要探索，疊加上10MW大功率風機的設(shè)計和制造難度，批量化生產(chǎn)尚需時間;遠景能源選擇的3.6MW超導風機路線，是在原3MW風機基礎(chǔ)上進行改進，設(shè)計以及批量生產(chǎn)難度較低，產(chǎn)業(yè)化進程有可能后來居上。
原標題:有抱負的風電企業(yè)都在燒錢搞超導技術(shù)
