对于长度超过两个足球场的巨型叶片的新设计可以帮助将近海50兆瓦(MW)风力涡轮机带到美国和世界。
桑迪亚国家实验室对极端分段超轻型转子转子(SUMR)的研究由能源部(DOE)高级研究计划局 - 能源计划资助。挑战：设计一台低成本的50兆瓦海上风机，要求转子叶片长度超过650英尺(200米)，比现有风力叶片长2.5倍。
该团队由弗吉尼亚大学领导，包括桑迪亚和伊利诺伊大学，科罗拉多大学，科罗拉多矿业学院和国家可再生能源实验室的研究人员。企业咨询合作伙伴包括Dominion Resources，通用电气公司，西门子公司和维斯塔斯风力系统公司。
“Exascale涡轮机利用了规模经济，”桑迪亚海上风能项目的项目和技术负责人Todd Griffith说道。
桑迪亚之前在13兆瓦系统上的工作使用了100米长的刀片(328英尺)，初始的SUMR设计基于这些刀片。虽然50兆瓦的水平风力涡轮机远远超出任何现有设计的尺寸，但研究表明，负载对准可以显着降低转子叶片上的峰值应力和疲劳。这样可以降低成本，并且可以为50兆瓦的系统构建足够大的叶片。
目前大多数美国风力涡轮机产生的功率在1至2兆瓦范围内，叶片长约165英尺(50米)，而最大的商用涡轮机额定功率为8兆瓦，叶片长262英尺(80米)。
“美国拥有巨大的海上风能潜力，但海上设施价格昂贵，因此需要更大的涡轮机来以可承受的成本捕获能源，”格里菲斯说。
在设计人员可以扩展到50兆瓦的涡轮机之前，障碍仍然存在 - 超过目前最大涡轮机功率输出的六倍。
“传统的迎风叶片制造，部署和维护成本超过10-15兆瓦。它们必须坚硬，以避免疲劳并消除强烈阵风中塔击的风险。那些坚硬的叶片很重，它们的质量很直接由于重力负荷和其他变化，与成本相关，在极端规模下变得更加成问题，“格里菲斯说。
他表示，新型刀片可以更加轻松，经济高效地分段生产，避免了作为单个装置生产的叶片运输和装配所需的前所未有的设备。
百万级涡轮机将位于顺风，不像传统的涡轮机配置有塔的逆风转子叶片。
SUMR的负荷对齐受到棕榈树在暴风雨中移动的方式的启发。轻巧的分段式行李箱近似于一系列圆柱形外壳，在风中弯曲，同时保持了分段刚度。通过使用棕榈树启发的负载对齐方法减小叶片上的力，这种对齐从根本上减少了叶片加强所需的质量。
分段式涡轮叶片在世界上存在严重风暴风险的地区具有显着优势，例如飓风，其中海上风力涡轮机必须承受超过200英里/小时的巨大风速。叶片对齐以通过轮毂附近的耳轴铰链减小叶片上的悬臂力，从而响应风速的变化。
“在危险的风速下，叶片存放并与风向对齐，降低了损坏的风险。在较低的风速下，叶片分散更多，以最大限度地提高能量。” 格里菲斯说。
正如其最近的风力发电报告中所详述的那样，向20亿美元的风力发电项目迈进可能是实现能源部在2030年之前提供20%的国家能源的重要目标。
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