环境及气候
世界最大飞机如何助力风能发展
世界上最大的飞机“风行者”将用于运输超长风力发电机组叶片,可使陆上风电产量翻倍并降低成本。
一直以来,超长风力发电涡轮机叶片因运输限制而只能用于海上项目。如今,一家初创公司计划利用世界上最大的飞机“风行者” 改变这一局面,助力风能行业克服重大障碍。
马克·伦德斯特伦是一位麻省理工学院的火箭科学家,他带领一支工程师团队历经七年设计了“风行者” 这艘巨型运输机。建成后,它将成为体积和载重量均居世界第一的飞机。
“风行者” 的使命是运送长达橄榄球场长度的涡轮机叶片。目前,这些世界上最长的叶片只能用于海上项目,因为陆上运输存在极大的限制。如果能够将这些大型涡轮机应用于陆地,将能极大改变风能行业的面貌。近年来,美国陆上风电项目增速放缓,海上风电项目则面临价格动荡。“风行者” 的出现将使陆上风电场的叶片顶端比现有平均水平高出约 300 英尺,相当于美国国会大厦加上华盛顿纪念碑的高度。这样的项目将使发电量增加一倍以上,并且可以在更多的地方建造。
伦德斯特伦创办的初创公司 Radia 将“风行者” 的设计保密多年。现在,他们表示,“风行者” 的设计、建造和认证预计需要八年时间,目前已过半。
2016 年,伦德斯特伦在阅读到笨重的叶片运输是能源行业最棘手的物流难题之一后,创办了 Radia,旨在将航空航天技术与能源转型结合起来。“那是一个行业对你发出明确信号的时刻,” 伦德斯特伦说道。
目前,用于海上风电的超长叶片无法轻易用于陆地上,因为它们无法通过铁路或卡车运输。这些叶片太宽大,无法转弯,也无法通过桥梁和交通信号灯。将它们运往海上需要专门的船只。
Radia 已经融资 1.04 亿美元,估值 10 亿美元。公司员工和顾问团队中包括波音公司、美国联邦航空管理局、公用事业公司和可再生能源开发商的现任和前任高管。支持者包括石油巨头康菲石油公司以及风投公司卡鲁索风险投资公司、资本工厂和美好资本。
Radia 咨询委员会成员、美国前能源部长欧内斯特·莫尼兹表示,公用事业公司正在大幅增加电力需求预测。由于美国大部分地区正在电气化交通和供暖,再加上制造业和人工智能数据中心的蓬勃发展,电力使用量正在飙升。“他们也想要清洁的电力,” 莫尼兹说道。
伦德斯特伦计划为风电项目开发商提供叶片运输服务,并在某些情况下自行开发早期项目,但并不计划拥有或运营这些风电场。
“风行者” 拥有肩高的轮胎,能够降落在为每个项目修建的 6,000 英尺长的硬质土跑道上。伦德斯特伦表示,项目将包括大约 25 台他设想的超大型陆上风力发电机组,这样才能盈利。
Radia 的第一位客户是一家大型独立发电商,该公司在内华达州购买了一个 1 吉瓦的风电项目。
在风力发电领域,越大越好。更大的叶片可以捕获更多的风,而更高的塔架则可以将叶片放置在风力更稳定的位置。这意味着在一天中更多的时段内可以产生更多的电力,即使是在平均风速较低的地区。
Radia 估计,与目前陆上风力发电机相比,更大的风力发电机可以将能源成本降低 35%,并将发电效率提高 20%。
2022 年,风力发电在美国大规模发电中占比约为 10%。它是美国中部地区的主要电力来源,尤其是在爱荷华州、伊利诺伊州、德克萨斯州、俄克拉荷马州和堪萨斯州。
普林斯顿大学教授杰西·詹金斯为 Radia 担任顾问,并进行了一项研究。他表示,更大的叶片和更高的塔架将使风能在任何地方都更具竞争力,同时使美国更多的地区适合发展风力发电。但更大的塔架也将更容易被人们看到,这可能会引发社区反对。“最大的问题是社会许可和社会可接受性,” 詹金斯说道。
根据美国清洁电力协会的数据,去年是十年来新增风电装机容量最慢的一年,因为项目面临着政策不确定性和选址障碍等问题。制造商也面临着其最大产品的可靠性问题,主要源于质量控制问题。
伦德斯特伦说,“风行者” 将使用现有的技术和部件,这些技术和部件对监管机构来说很熟悉,可以通过现有的航空航天供应链获得。该公司将利用飞机制造商来建造飞机。
Radia 飞机开发副总裁、波音公司前工程总监瑞秋·凯利表示,飞机设计的目标是“不做任何新事”。
如果建造一架新飞机听起来过于激进,凯利表示,其他运输大型叶片的措施都不切实际。飞艇无法在风力条件下降落。直升机比飞机更昂贵,而带着一个旨在捕捉风力的悬挂式叶片飞行将是复杂而危险的。完全跳过物流问题,在现场进行移动制造,则需要建造像橄榄球场一样大的临时结构。
这架飞机一次可以容纳一个大型的海上风力发电叶片,也可以运载多达四个较短的叶片。伦德斯特伦还认为,它还可以用于为军队或石油天然气行业运输大型设备。