超導風機真的能研發出嗎？

01-21

超導風機還存在那些技術障礙？
大概還有多久才能投入大規模生產？
生產出來後真的能像報道中說的那樣節省40%以上的成本嗎？

超導風機，之前我們梳理了一下國外和國內的一些項目，搜索《有抱負的風電企業都在燒錢搞超導技術》可以看到。推薦關注我們的微信公號領能知道，一個專註於能源與環境領域創新的小號。

這裡再簡單羅列下：

1、美國SeaTitan 10MW風電機組
AMSC此前曾為美國海軍設計過超導發電機用來推動輪船，並在2009年成功應用於36.5MW的海軍發動機上，完成了全功率測試。

在此基礎上，2010年AMSC開始研發風機發電機，並於2012年完成設計。該風機輪轂高近125米，塔筒頂部直徑5米，底部直徑近8米。管狀鋼結構的塔筒能放置在各種類型的傳統導管架及深水基礎上。SeaTitan風機的核心部分採用高溫超導發電機系統，它在全功率時電能損失能降低一半。

SeaTitan採用直驅式發電機，因此不用考慮主軸偏移帶來的影響，並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、易於維護等優點。

由於發電機的重量減輕，這樣發電機可直接放在塔筒上，從而可以改進主機架設計，並將負載直接從輪轂傳遞到塔筒。

AMSC正在為SeaTitan10MW風機尋找商業合作夥伴以批量化生產。

2、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（風力發電強項）和德國Karisruhe技術研究所（低溫和超導強項）聯合領導的歐洲SUPRAPOWER研發團隊正式組成。研發團隊目前有9家歐洲頂尖的新能源技術企業和科研機構參與，項目初期的研發經費由Tecnalia公司承擔，歐盟第七研發櫃架計劃（FP7）已經承諾提供技術研發資助。

利用超導體的巨大潛力來發展風能，是歐盟資助的項目SUPRAPOWER的研究目標。帶有超導體的發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。與永磁發電機相比，能夠減少約50%的重量。

相比於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，由於驅動電壓低（約100 mV），超導發電機的轉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，超導發電機零電阻特性決定了風機超負荷運轉時也不會出現過熱的情況。

參與該項目的共有9個來自工業與科研領域的夥伴，其中Karisruhe技術研究所（KIT）為該項目建造旋轉式低溫恆溫器，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，超導體可以實現無損耗導電。

3、中國公司遠景能源進軍超導風機

今年，全球最大的科研創新框架計劃歐盟「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的顯著不同之處是，EcoSwing超導示範風機功率只有3.6MW。

遠景能源全球創新中心總裁Anders V.Rebsdorf對媒體介紹，同樣的輸出轉矩，採用遠景能源的EcoSwing超導風機，重量較傳統發電機可以減輕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量級。

由於EcoSwing在轉矩密度方面的優勢，依靠EcoSwing超導風機，風力發電的經濟性將會得到極大程度的提升。據遠景能源全球創新中心測算，採用EcoSwing超導風機技術，風電度電成本有望下降至少30%以上。

之所以風電設備公司都對超導技術這麼上心，我覺得還是因為現在的大功率風機設備已經太大了，單機功率再提高，依靠現在的技術，只能繼續加長葉片，造更大直徑的發電機，太困難了，8MW幾乎已經是極限了，再往10MW挑戰，很難。挪威公司Sway2005年就說要研發10MW的風機，他們的方法是造一個大直徑的永久磁鐵環式無鐵芯發電機，直接由渦輪機轉子驅動。但是10年過去了，還是不行……

超導風機現在的難點主要就是如何保證發電機長期處於低溫狀態，目前高溫超導也就是77K這樣的溫度，比起絕對零度來說算是高溫了，但是換算成我們熟悉的攝氏度，77K相當於-200度，要保證發電機長期處於這個溫度，穩定運行，難度還是挺大的。

相比起來，我覺得遠景的路子算是比較聰明的，先攻克高溫超導技術，再去考慮這一技術如何應用到大功率風機，比一步到位還是要容易些的。

因為做一個小號，妥妥兒的文科生被逼的要裝理工狗，也是夠了。45度角望天無語凝噎中……

*目前來說超導風機的研發方向是高溫超導，溫度能提高到40K左右。這種技術我沒有接觸過，是比較高端的技術了。但是就目前風機的技術來說，如果只是單單在發電部分應用高端技術，而其他部分沒有同步提高，那麼也不可能大規模推廣。我首先比較擔心密封性，運行時風機上的振動非常大，而且隨風速有不同頻率的諧振，急停的時候振動更大，會對密封有非常高的要求，因為超導內部是液態氮製冷，一旦泄露會對其他設備造成無法修復的損失。其次就是大風大雨雷電天氣可能會造成風機線路故障，對於這種高端技術部分一旦故障，維修成本會很高，而且一般人員無法完成，會影響可利用率。

大規模生產我認為暫時不會。現在有試驗站，但是實驗站這東西都要好多年的。