新技术引领风力发电步入新阶段

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表面上看，风机在最近的几十年都没有变化多少。然而它们已经变得更智能，体积也大了很多，这些变化都增加了风机的发电量，降低风力发电的成本。

通用电气（GE）于近日了最新的2.5―120风机，恰恰说明了这一点。这款风机取代了之前的2.85兆瓦的风机，其最大出力是2.5兆瓦，比2.85兆瓦要少。但是每年却能多发出15%的电能。传感器矩阵和改进后的控制算法配合，改善了风机的运行和维护。在相同条件下，之前的老款风机必须停机，而这款风机还可以保持空转，继续运行。

加州伯克利劳伦斯伯克利国家实验室的里安・维泽（Ryan wiset）表示，这一技术部分体现了风电变得和化石燃料几乎等价的趋势。早在1991年，风机每发一度电需要15美分，而现在风电成本已经下降到每发一度电只需要6.5美分。维泽是负责电能市场与政策研究小组的副组长。页岩气发电的预计成本也大约是6.5美分/度。

今年马上就会上线的新一代风力发电机将会更有效率，这也许会促使风电在广泛的应用领域中比化石燃料更具竞争力。

实际上，在2013年1月，德克萨斯州电力可靠性委员会称，根据最新的风机性能和成本数据，可以看出未来20年内，风能很可能是比天然气性价比更高的能源。而且在那时，风电将会是德州新增能源的主力军。就在委员会将最新数据纳入考虑范围之前，他们一直认为新增能源应当全部采用天然气电厂。

对发电量影响最大的因素就是制造更大的风机。风机叶片变大，使得风机塔筒变高，这样风机就能捕获更多风能，尤其是在低风速的时候。可是风机要想做大，有很多困难，其中之一就是当风机体型变大时，叶片扫过最高点的风力条件与叶片底部的风力条件有很大不同。为了弥补这个不同，GE研发出了控制算法，可以在风机旋转的时候对多个传感器的输入信号作出反应。这使得公司的风叶直径从100米增加到120米。

避免由于机械故障而产生的停机也可以极大地提高发电量。当风机有故障发生时，往往会停机，等待维护工程师来检查。这些工程师爬上高高的塔筒，评估问题，进行维修。整个过程可能会困难重重，费时费力，因为风电场通常会建在偏远地区。在GE的最新设计中，风机被网络连接，变得更有适应性。例如，一个风机的测风仪被冰雪覆盖，无法工作了，这个风机就会从相邻的别的风机测风仪中得到数据，避免停机。这个数据还会被算法修正，补偿因为风机地点不同而带来的差异。

科罗拉多州戈尔登市的国家新能源实验室正在研究如何让风电场中的风机调整发电量，从而使风电场整体的发电产出最大化。例如，如果故意让前排的一些风机减少出力，就能把更多的风留给风电场中的其他风机。国家新能源实验室（NREL）的国家风能技术中心（National Wind TechnologyCenter）主任福尔费尔克（Fort Felker）说：“这是从单个风机角度考虑到从整个风电场角度考虑的转变。”

就在10多年前，一个典型的由2.5兆瓦风机组成的风电场全年能发出不到四百万度的电。GE表示它的新型风机将能达到全年一千万度的发电量，是原先的两信还多。（只要风机成本没有相应地成比例增加，那么增加风机电力输出将会降低电价。）

风电技术的进步也许会使风电成本逐步逼近化石燃料的发电成本，然而风电的规模将取决于电网是否有能力接纳固有的间歇性电源。更智能的风机设计将帮助解决这个问题。GE的新风机将配置后备电池。新的控制算法再加上天气预报软件可以决定风机何时将电能存储在电池里，何时把电能送到网上去。这样一来，风电场的操作员就能保证电力输出了，不过每次只能保持15分钟。如果在未来，风电能占电网相当大的比例，那么也许有必要开发连续数小时的储能系统，否则电网调度员需要协调电网中的其他能源，例如天然气电厂。