新技術引領風力發電步入新階段

表面上看，風機在最近的幾十年都沒有變化多少。然而它們已經變得更智能，體積也大了很多，這些變化都增加了風機的發電量，降低風力發電的成本。

通用電氣（GE）于近日發布了最新的2.5—120風機，恰恰說明了這一點。這款風機取代了之前的2.85兆瓦的風機，其最大出力是2.5兆瓦，比2.85兆瓦要少。但是每年卻能多發出15%的電能。傳感器矩陣和改進后的控制算法配合，改善了風機的運行和維護。在相同條件下，之前的老款風機必須停機，而這款風機還可以保持空轉，繼續運行。

加州伯克利勞倫斯伯克利國家實驗室的里安·維澤（Ryan wiset）表示，這一技術部分體現了風電變得和化石燃料幾乎等價的趨勢。早在1991年，風機每發一度電需要15美分，而現在風電成本已經下降到每發一度電只需要6.5美分。維澤是負責電能市場與政策研究小組的副組長。頁巖氣發電的預計成本也大約是6.5美分/度。

今年馬上就會上線的新一代風力發電機將會更有效率，這也許會促使風電在廣泛的應用領域中比化石燃料更具競爭力。

實際上，在2013年1月，德克薩斯州電力可靠性委員會稱，根據最新的風機性能和成本數據，可以看出未來20年內，風能很可能是比天然氣性價比更高的能源。而且在那時，風電將會是德州新增能源的主力軍。就在委員會將最新數據納入考慮范圍之前，他們一直認為新增能源應當全部采用天然氣電廠。

對發電量影響最大的因素就是制造更大的風機。風機葉片變大，使得風機塔筒變高，這樣風機就能捕獲更多風能，尤其是在低風速的時候。可是風機要想做大，有很多困難，其中之一就是當風機體型變大時，葉片掃過最高點的風力條件與葉片底部的風力條件有很大不同。為了彌補這個不同，GE研發出了控制算法，可以在風機旋轉的時候對多個傳感器的輸入信號作出反應。這使得公司的風葉直徑從100米增加到120米。

避免由于機械故障而產生的停機也可以極大地提高發電量。當風機有故障發生時，往往會停機，等待維護工程師來檢查。這些工程師爬上高高的塔筒，評估問題，進行維修。整個過程可能會困難重重，費時費力，因為風電場通常會建在偏遠地區。在GE的最新設計中，風機被網絡連接，變得更有適應性。例如，一個風機的測風儀被冰雪覆蓋，無法工作了，這個風機就會從相鄰的別的風機測風儀中得到數據，避免停機。這個數據還會被算法修正，補償因為風機地點不同而帶來的差異。

科羅拉多州戈爾登市的國家新能源實驗室正在研究如何讓風電場中的風機調整發電量，從而使風電場整體的發電產出最大化。例如，如果故意讓前排的一些風機減少出力，就能把更多的風留給風電場中的其他風機。國家新能源實驗室（NREL）的國家風能技術中心（National Wind TechnologyCenter）主任福爾費爾克（Fort Felker）說：“這是從單個風機角度考慮到從整個風電場角度考慮的轉變。”

就在10多年前，一個典型的由2.5兆瓦風機組成的風電場全年能發出不到四百萬度的電。GE表示它的新型風機將能達到全年一千萬度的發電量，是原先的兩信還多。（只要風機成本沒有相應地成比例增加，那么增加風機電力輸出將會降低電價。）

風電技術的進步也許會使風電成本逐步逼近化石燃料的發電成本，然而風電的規模將取決于電網是否有能力接納固有的間歇性電源。更智能的風機設計將幫助解決這個問題。GE的新風機將配置后備電池。新的控制算法再加上天氣預報軟件可以決定風機何時將電能存儲在電池里，何時把電能送到網上去。這樣一來，風電場的操作員就能保證電力輸出了，不過每次只能保持15分鐘。如果在未來，風電能占電網相當大的比例，那么也許有必要開發連續數小時的儲能系統，否則電網調度員需要協調電網中的其他能源，例如天然氣電廠。