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风力发电机的未来在何处?

瑞典 Modvion 公司回归传统材料的方式十分有趣,他们正在用木材(而不是金属)建造风力发电机塔架。这种新模式为未来的风能利用带来了新的可能。

一提到风力发电机,大多数人会想到钢结构,几乎所有利用可再生风能发电的风力发电机都是采用这种形式。然而,不管钢铁行业的立场怎样,风力发电机绝对不是必须得由钢铁制成。Modvion 是瑞典一家开发模块化设计的工程木材技术公司。这家公司认为,木材不仅可以建风力机塔架,而且风力机塔架就应该用木材建。

未来主义者 Jim Carroll 说,重新探索风力机的建造材料顺应了两大趋势:一是新材料科学的发展迅速;二是“真正关注以前所未有的方式在建筑中使用木材 ”这种理念的兴起。

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造价更低、更轻便、更易搭建

与传统的风塔相比,Modvion 的模块化风塔更易于运输,部件更轻便,也更便宜。Modvion 首席执行官 Otto Lundman 表示:“传统风塔装运时使用的是圆筒,当电塔很高时,运输非常不便。Modvion 的风塔采用模块化设计,更高的风塔运输起来也很方便。” Modvion 的风塔在 120 米以上的高度能实现最佳效率。

虽然同等体积下钢比木材更加坚固,但 Modvion 的单板层积材 (LVL) 和胶合层压木 (GLT) 产品都比单位质量的钢强度高 55%,而且在相同的承载能力下比钢成本更低。Lundman 说:“Modvion 的风塔与钢制风塔强度一样的情况下,重量只有钢塔的三分之二,而且生产成本更低。”

木材的优势还不止强度和成本。与通常远距离运输的钢材不同,木材往往在当地就可取材,有利于当地就业和经济。

查尔姆斯大学木结构系助理教授 Robert Jockwer 补充说,木材在海洋性气候中也优于钢铁。盐分高的水对钢材的腐蚀性很强,但“对木材的影响不大。钢铁需要保持干燥,但在海洋性气候中,空气中有盐分,这对木材来说不是问题。对于这些特殊气候,木材比钢更好。”

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环境效益

木制风力机塔架由木材制成,而不是钢。其生产过程低碳环保,具有环境效益。据估计,包括固存的在内,每座木制塔在装配之前可减少约 2,000 吨二氧化碳排放量。

木材的碳固存特性使木制风力发电机能够实现碳中和。由于木材在树木形态生长的过程中可以吸收并存储二氧化碳,因此可以抵消风力发电机组其他部件在生产过程中所产生的二氧化碳。查尔姆斯大学可持续电力生产教授兼瑞典风电技术中心主任 Ola Carlson 将木材称为“完美的吸碳池”。

最后,木塔使用寿命结束时,其材料完全可回收利用。相比之下,传统风力发电机通常使用复合玻璃或碳片,这两种材料既难以回收,其回收价值也不是很高。其结果是,现在的许多风力发电机叶片在其使用寿命结束时(通常约为 20-25 年),都被丢弃在垃圾填埋场。

那么我们能否据此认为,未来的风力发电机都由木材制成?虽然有明显的优势,但 Carlson 教授认为:“以新的方式将木材组合在一起,需要进行大量的机械测试,以确保材料的强度和设计可靠。” 而Jockwer 教授认为可能存在问题,因为与 LVL 木材以前的用途相比,这是个“具有不同负荷问题的新应用途径”。无论如何,当第一个木质塔架在 2020 年春季完成建造时,它将代表向碳中和发电迈出的又一步。

撰文:Lorelei Yang
照片: Modvion