大幅減少稀土使用量,更輕便與高效的超導風機出爐
2018-12-04   |  作者:daisychuang  |  1瀏覽人次

風力發電可說是當前全球炙手可熱的再生能源,科學家也正不斷研發新技術力圖提升風能競爭力。其中歐洲 EcoSwing 專案近期已成功運用超導(superconducting)發電機改造現有風機,大幅減少風機重量與稀土使用量之餘,更有效提升風能成本效益比。

風能雖然是綠能當紅炸子雞,但風場建置成本動輒好幾百萬,風機高度平均更達 90 公尺以上、體積龐大占地也相當廣,且每支風機平均得消耗 1 噸稀土,這不僅讓風力建設成本居高不下,也有可能會侷限風能裝置範圍。

因此為進一步提高風機性能與成本效益比,歐盟資助的 EcoSwing 專案已研發出新一代風力發電技術,運用超導材料打造新型發電機,成功將稀土使用量下降到 1,000 克,除了能減輕風機重量與尺寸,成本也從每公斤 45.50 美元下降到 18.70 美元,荷蘭特文特大學能源、材料與系統團隊研究員 Marc Dhallé 表示,乍看之下新機組裝置量沒有任何增減,但其實風機的體積與重量都下降一半。

傳統風力發電技術大多採用直接驅動永磁型發電機,讓永久磁鐵(permanent magnet)在線圈內旋轉進而發電、將機械能轉換成電能,而在新技術中,超導帶可取代舊有的磁鐵,大幅減少稀土使用量並取代原本又大又笨重的發電機。

其中超導帶是由釓-鋇-銅氧化物超導陶瓷層與鋼製基底組成,為了不讓超導材料特性隨著時間流逝而消失,科學家也在超導層與基底之間覆塗氧化鎂和銀。

只不過超導體雖然可讓設備實現零電阻和完全抗磁性,進而提高電流與產生高磁場,但這個特性有著非常難達成的前提──需要在超級低溫下才能有效運作。即使新型發電機採用「高溫超導體系統」,超導帶還是得處在 -240°C 的設備中,因此研究團隊將超導帶置於真空設備並開發出可相互搭配的小型冷卻器,讓新型超導發電機可以穩定運作並朝工業化生產邁進。

Dhallé 表示,從測試超導帶、感應器到尋找最佳冷卻方式與組裝轉子,EcoSwing 專案研究過程一切都很「冷」,所幸在經過兩年測試後,終於在 2018 年夏季將技術帶離實驗室。

左方為傳統的永磁發電機,右側則是超導發電機。

新型超導發電機的直徑約為 4 公尺,比傳統風機設備還要小 1.5 公尺左右,目前已裝置在中國 Envision 公司設於丹麥的風機中,接下來則會測試該風機能不能抵禦北海的強風,看看超導發電機的性能是否可以超越傳統風機。

目前超導風機還處在測試階段、採用的風機也不是現在常見的三葉造型,但若測試結果符合科學家與產業期待,未來或許可進一步減輕風力發電機組的重量與尺寸,最終得以減少風能成本。

(圖片來源:特文特大學。文/DaisyChuang)

 
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