新型永磁技術(shù)-怒海中的超導(dǎo)風(fēng)力渦輪機(jī)

想象這樣一幅畫面：在海浪的上方矗立著一座100米高的細(xì)塔。塔頂有一個(gè)250噸重的機(jī)艙，艙內(nèi)裝有渦輪發(fā)電機(jī)和發(fā)電所需的其他設(shè)備，當(dāng)風(fēng)電機(jī)長(zhǎng)約60米的槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)機(jī)艙工作時(shí)，塔周邊是一片海水翻騰。

而現(xiàn)在，當(dāng)你讓剛才想象的所有東西的尺寸都增大1倍后，重量卻變成了原來的5倍。

這就是始終困擾海上風(fēng)力電廠建設(shè)者們的一個(gè)問題。一般來說，尺寸越大，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的效率越高，這就意味著每臺(tái)渦輪機(jī)能產(chǎn)生更多的電力。因此，長(zhǎng)久以來，風(fēng)力電廠運(yùn)營(yíng)商一直在要求更大功率的海上渦輪機(jī)，而制造商們也一直在滿足他們的需求。今年4月，由維斯塔斯風(fēng)力系統(tǒng)公司生產(chǎn)的8.8兆瓦渦輪機(jī)在蘇格蘭的海岸邊成功安裝，這是目前功率最大的渦輪機(jī)，而即將建設(shè)的北海風(fēng)力電廠的投標(biāo)則有望在2025年左右實(shí)現(xiàn)13到15兆瓦的渦輪機(jī)。這些渦輪機(jī)在工作時(shí)，能為大約9000個(gè)家庭供電。雖然風(fēng)電機(jī)的尺寸越大越好，但如果其核心技術(shù)沒有相應(yīng)的巨大變革，更大的尺寸很快就會(huì)變得荒唐可笑。

根據(jù)一項(xiàng)名為InnWind的歐盟項(xiàng)目計(jì)算，如果用現(xiàn)有技術(shù)制造一臺(tái)20兆瓦的風(fēng)力渦輪機(jī)，僅其機(jī)艙的重量就接近1100噸（相當(dāng)于11頭藍(lán)鯨的重量）。渦輪機(jī)的3個(gè)槳葉的單片重量將接近40噸，直徑超過250米（相當(dāng)于8頭藍(lán)鯨的長(zhǎng)度）。要想支撐起海浪上方170米高處的這頭兆瓦巨怪，下面的塔架需要重達(dá)1800噸?，F(xiàn)在，讓我?guī)痛蠹野颜@幅畫面補(bǔ)充完整：18頭藍(lán)鯨作為塔架支撐著作為機(jī)艙的另外11頭，還有8頭藍(lán)鯨像鯨魚風(fēng)車那樣旋轉(zhuǎn)著。（不用謝。）

“而現(xiàn)在的問題是當(dāng)前的技術(shù)限制了大尺寸風(fēng)電機(jī)的建造，”西班牙應(yīng)用研發(fā)機(jī)構(gòu)Tecnalia研究院（Tecnalia Corporación Tecnológica）可再生能源與存儲(chǔ)系統(tǒng)小組的電力工程師、歐盟超導(dǎo)渦輪機(jī)項(xiàng)目Suprapower的協(xié)調(diào)員艾克?馬里諾（Iker Marino）說道，“頂部的機(jī)構(gòu)太重了。”

那么該如何從由磁鐵、齒輪、鐵芯和數(shù)千米的銅線繞組制造的機(jī)器中減少數(shù)百噸質(zhì)量呢？或許可以把磁鐵甚至銅繞組換成超導(dǎo)體線圈。

很簡(jiǎn)單，對(duì)吧？實(shí)際上并非如此。最近，縱觀數(shù)年的跨國(guó)研究工作，可以得出結(jié)論，盡管建造這類渦輪機(jī)是可行的，但也面臨著巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)。隨著永磁體越來越好、越來越便宜，采取這種做法的意愿越來越弱。實(shí)際上，基于永磁體的技術(shù)作為黑馬競(jìng)爭(zhēng)者，正在將超導(dǎo)體擠出10兆瓦的領(lǐng)域。除非超導(dǎo)體的經(jīng)濟(jì)性或特性能夠大大提升（事實(shí)上這兩種情況都是有可能的），否則在未來，甚至20兆瓦的海洋巨神也將與超導(dǎo)體無緣。

風(fēng)力渦輪機(jī)非常復(fù)雜。它們通過機(jī)械、磁力和電力過程相互作用而運(yùn)行，每個(gè)參數(shù)的微調(diào)都會(huì)使整個(gè)過程發(fā)生復(fù)雜變化。然而，它們基本上都有相同的基礎(chǔ)條件與組件。當(dāng)葉片以相當(dāng)平穩(wěn)的速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的扭矩，但這緩慢的速度對(duì)發(fā)電來說并不理想，因此，齒輪渦輪機(jī)，尤其是應(yīng)用在陸地上的大多數(shù)齒輪渦輪機(jī)，都采用變速箱將速度提高數(shù)百倍，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)快速旋轉(zhuǎn)。

但為了降低維護(hù)成本，一些制造商選擇了一種被稱為“直接驅(qū)動(dòng)”的海上渦輪機(jī)技術(shù)，該技術(shù)不需要變速箱。該技術(shù)中，轉(zhuǎn)子是一個(gè)巨大的環(huán)，內(nèi)含許多具有交替極性的永磁體。發(fā)電機(jī)的另一核心組件是環(huán)繞著轉(zhuǎn)子的定子，它包含銅線圈，轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)在定子的線圈中感應(yīng)產(chǎn)生電壓。

從根本上來說，超導(dǎo)體可以降低發(fā)電機(jī)的重量，因?yàn)槌瑢?dǎo)線圈制成的較輕的電磁鐵可代替直接驅(qū)動(dòng)的永磁體。這些電磁鐵相對(duì)較輕，因?yàn)槌瑢?dǎo)體能夠承載大量電流——也就是說，它們具有較高的電流密度。該機(jī)器中的銅導(dǎo)體每平方毫米截面的安培數(shù)最高也僅為個(gè)位數(shù)。在為Suprapower 10兆瓦渦輪項(xiàng)目建造的實(shí)驗(yàn)性超導(dǎo)渦輪繞組中，電流密度躍升至驚人的58安/平方毫米。

為了開發(fā)高溫超導(dǎo)體的潛力，如釔鋇銅氧化物（YBCO），人們已經(jīng)做了大量工作。YBCO在低于90開爾文的溫度下會(huì)變成超導(dǎo)體——該溫度足夠高，可以使用便宜的液氮代替非常昂貴的液氦進(jìn)行冷卻。幾年前，業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的YBCO制造商美國(guó)超導(dǎo)公司（AMSC）提出了一種粗略的渦輪機(jī)設(shè)計(jì)。（該公司并未對(duì)本文的置評(píng)請(qǐng)求做出回應(yīng)。）但最近多數(shù)的歐洲超導(dǎo)風(fēng)力渦輪機(jī)項(xiàng)目都選定了另外一種超導(dǎo)體——二硼化鎂（MgB2）。

二硼化鎂的超導(dǎo)性在2001年才被發(fā)現(xiàn)，盡管它要在溫度低于40開爾文時(shí)才會(huì)失去電阻，但它便宜得多，在每次成本分析中都能擊敗YBCO。每米大約4歐元（合4.63美元）的二硼化鎂膠帶“可能不是性能最佳的材料，但它具有最佳性價(jià)比”。馬里諾說道。

哥倫布超導(dǎo)體（Columbus Superconductors）是一家業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的二硼化鎂線材供應(yīng)商，也是Suprapower和早先美國(guó)能源部項(xiàng)目的合作伙伴，總部位于意大利熱那亞。Innwind和法國(guó)最近的一項(xiàng)名為EolSupra20的項(xiàng)目就是由該公司促成的。

其中，Suprapower最近生產(chǎn)出了一些切實(shí)的東西。該項(xiàng)目于2017年5月結(jié)束，耗資540萬歐元（合625萬美元），為期5年，不僅設(shè)計(jì)了一臺(tái)10兆瓦的直接驅(qū)動(dòng)超導(dǎo)渦輪發(fā)電機(jī)，還制成了設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分——補(bǔ)足48個(gè)超導(dǎo)電磁線圈中的2個(gè)，從而組成一個(gè)完整的轉(zhuǎn)子。該設(shè)計(jì)要求發(fā)電機(jī)質(zhì)量為163噸，與使用當(dāng)前的永磁體技術(shù)建造相比減少了26%。

轉(zhuǎn)子線圈由嵌入二硼化鎂線材的扁平銅線制成。銅可增強(qiáng)相對(duì)脆弱的二硼化鎂，并導(dǎo)出熱量。項(xiàng)目期間擔(dān)任公司總經(jīng)理的吉安尼?拉格索（Gianni Grasso）表示，對(duì)于哥倫布超導(dǎo)體來說，線圈的幾何形狀是相對(duì)困難的部分。這些類似“跑道” 形狀的線圈大致是矩形，尖角對(duì)線材產(chǎn)生應(yīng)力，會(huì)破壞超導(dǎo)體。“因此，我們不得不開發(fā)一種特殊的工具來進(jìn)行卷繞?！?/p>

而更大的挑戰(zhàn)是，找到一種方法使繞組線圈能夠在海上保持20開爾文的溫度?！八袊@熱去除的工程都是可行的，但也是復(fù)雜的，”馬里諾說，“海上條件是一個(gè)復(fù)雜問題。”

通常，超導(dǎo)體（例如磁共振機(jī)器中的超導(dǎo)體）通過浸入到液氦這樣的低溫溶液中來進(jìn)行冷卻。但Suprapower排除了這個(gè)選擇。在進(jìn)行海上維護(hù)時(shí)，必須將該液體移除，加熱發(fā)電機(jī)內(nèi)部，然后更換部件。在風(fēng)力發(fā)電塔的塔頂上處理此類液體，還要拖帶對(duì)氣體進(jìn)行再液化的設(shè)備，似乎并不實(shí)際。

相反，Suprapower的工程師采用傳導(dǎo)的方式來冷卻線圈。古福德-麥克馬洪循環(huán)低溫制冷機(jī)可為分散式模塊化的低溫恒溫器提供冷卻能力，從而保持低溫恒溫器的內(nèi)部溫度。該模塊化系統(tǒng)中的每個(gè)超導(dǎo)線圈都有自己的低溫恒溫器，其設(shè)計(jì)目的是使線圈保持真空狀態(tài)。

馬里諾表示，希望這些低溫恒溫器的模塊化特性能夠使維護(hù)變得更加容易。如果低溫恒溫器或其密封的線圈需要更換，技術(shù)人員僅需攜帶接近室溫的特定部件，更換后再將其冷卻。這種便利性可以加快維修速度，但馬里諾預(yù)計(jì)，其維護(hù)的工作仍需要比傳統(tǒng)機(jī)器花費(fèi)更長(zhǎng)的時(shí)間。

盡管Suprapower建造了超導(dǎo)風(fēng)力渦輪機(jī)的一個(gè)重要部件，但它還是沒有回答是否能夠建造更大的超導(dǎo)渦輪機(jī)這一問題。這是InnWind的目標(biāo)。2012年InnWind啟動(dòng)了一項(xiàng)價(jià)值2000萬歐元（合2320萬美元）的項(xiàng)目，研發(fā)了各種基于新技術(shù)的設(shè)計(jì)，其中包括二硼化鎂超導(dǎo)體。它的目的是：以盡可能低的成本，設(shè)計(jì)并完成可用于50米水深的10兆瓦和20兆瓦的風(fēng)力渦輪機(jī)，從而為未來的發(fā)展指明方向。但是，在通往未來的路上，發(fā)生了一件有趣的事：它變得更加復(fù)雜了。

在過去的5年中，先進(jìn)渦輪機(jī)所需的那種永磁體的價(jià)格已經(jīng)降低到原來的1/4，大約為每公斤25歐元（合29美元）。丹麥技術(shù)大學(xué)風(fēng)力能源系的高級(jí)研究員阿舍爾?貝奇?亞伯拉罕森（Asger Bech Abrahamsen）曾領(lǐng)導(dǎo)過InnWind的動(dòng)力傳動(dòng)設(shè)計(jì)工作，他表示：“憑借這種投入價(jià)格水平，超導(dǎo)機(jī)器無法與之競(jìng)爭(zhēng)?！?/p>

InnWind的研究人員的目標(biāo)是使整個(gè)渦輪機(jī)系統(tǒng)（包括基礎(chǔ)、塔架和葉片）的平準(zhǔn)化度電成本（LCOE）為最低。LCOE是渦輪機(jī)在其使用周期中為實(shí)現(xiàn)收支平衡所需要的基本電價(jià)。該數(shù)據(jù)考慮到了制造、建設(shè)、維護(hù)、效率、退役和其他因素，也是風(fēng)力電廠投資者用以決定建造什么和在哪里建造的關(guān)鍵指標(biāo)之一。

在InnWind尋求最低LCOE的過程中，永磁體價(jià)格下降，迫使其在10兆瓦超導(dǎo)渦輪機(jī)設(shè)計(jì)中減少了超導(dǎo)材料的使用量，并增加磁性鋼的用量來輔助集中剩余的超導(dǎo)體磁場(chǎng)。由于出現(xiàn)了意想不到的結(jié)構(gòu)共振，InnWind不得不增加更多的鋼材。而產(chǎn)生這個(gè)問題的原因是塔頂?shù)馁|(zhì)量太輕，當(dāng)41.7噸的葉片擺過塔架時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)葉片對(duì)塔結(jié)構(gòu)作用力的頻率與固有頻率太接近，這會(huì)縮短基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)所要求的25年的使用壽命。亞伯拉罕森解釋說，更為不幸的是，模擬試驗(yàn)表明，渦輪發(fā)電機(jī)越輕，共振就越強(qiáng)。InnWind的設(shè)計(jì)師們面對(duì)著發(fā)電機(jī)變得越輕，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)越昂貴這樣一種情況，他們將10兆瓦超導(dǎo)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量飆升到286噸，而若按比例增大基于永磁體直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)的系統(tǒng)，其質(zhì)量?jī)H為215至237噸。

雖然InnWind的20兆瓦二硼化鎂設(shè)計(jì)沒有共振問題，但它仍然需要大量鋼材來彌補(bǔ)設(shè)計(jì)中減少的超導(dǎo)體的使用量。亞伯拉罕森說，使用超導(dǎo)體的本意是使最輕、最小的渦輪發(fā)電機(jī)成為可能，但從低LCOE的角度來看，“我們不得不說，輕量發(fā)電機(jī)并非總是有益的?！?/p>

永磁體的價(jià)格暴跌也為超導(dǎo)體的黑馬競(jìng)爭(zhēng)者提供了機(jī)會(huì)?？偛课挥谟⒏裉m謝菲爾德的英國(guó)馬格諾動(dòng)力學(xué)公司（Magnomatics）開發(fā)了一種磁性齒輪系統(tǒng)，稱為磁性偽直接驅(qū)動(dòng)（PDD）。

如果沒有看到它在運(yùn)轉(zhuǎn)，你很難完全理解這套系統(tǒng)。是這樣的：PDD是一組由3個(gè)同心圓柱體組成的集合。內(nèi)圓環(huán)和外圓環(huán)分別由交替極性的永磁體條帶組成。外圓柱體有很多條帶，內(nèi)圓柱體則只有幾個(gè)。中間的圓柱體由交替的鋼條帶和非磁性支撐材料組成。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，外圓環(huán)保持靜止，而來自渦輪機(jī)葉片的輸入使中間的鋼圓柱體低速旋轉(zhuǎn)。該圓柱體操縱外圓柱永磁體的磁力線，形成一個(gè)與鋼圓柱體方向相反的快速旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)與內(nèi)圓柱的永磁體耦合作用，產(chǎn)生內(nèi)圓柱的高速旋轉(zhuǎn)。為了將該裝置轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)，在外圓環(huán)周圍安放銅線圈，與內(nèi)圓環(huán)一樣，線圈經(jīng)歷了快速移動(dòng)的磁場(chǎng)?？焖僖苿?dòng)的磁場(chǎng)在銅線材線圈中感應(yīng)產(chǎn)生電壓。

在InnWind的分析中，這種設(shè)置在效率上擊敗了超導(dǎo)設(shè)計(jì)。PDD“即使在低風(fēng)速下也能通過其高效率獲得最大收益?！眮啿鄙f道。他指出：“一臺(tái)超導(dǎo)機(jī)器也能達(dá)到很高的效率，但它需要冷卻系統(tǒng)?！崩鋮s系統(tǒng)即使在沒有風(fēng)的情況下，也會(huì)持續(xù)消耗能量。雖然其他因素（如建設(shè)成本）也都分?jǐn)傇跍u輪機(jī)25年的壽命中，但效率對(duì)成本的影響更為直接。

馬格諾動(dòng)力學(xué)公司的驅(qū)動(dòng)技術(shù)首席工程師大衛(wèi)?鮑威爾（David Powell）說：“聽起來不多，但效率提高2%，意味著LCOE提高2%?！?他補(bǔ)充說，在風(fēng)電行業(yè)，“2%的意義非同凡響。”

PDD采用較小尺寸的齒輪渦輪機(jī)，無須承受機(jī)械齒輪的能量損失，因而獲得了相對(duì)較高的效率。每級(jí)損失可達(dá)到1%到2%，很多渦輪機(jī)有3個(gè)齒輪級(jí)，鮑威爾解釋道。然而，在PDD中沒有機(jī)械連接；圓柱體之間懸浮，由氣隙彼此隔開，甚至不需要潤(rùn)滑劑。

雖然風(fēng)電行業(yè)的主要賣點(diǎn)是PDD系統(tǒng)的效率，但它的體積也相當(dāng)小，并且比現(xiàn)有技術(shù)所需的銅繞組更少。10兆瓦PDD設(shè)計(jì)的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)質(zhì)量比超導(dǎo)二硼化鎂設(shè)計(jì)的質(zhì)量要輕100噸以上。渦輪機(jī)的直徑只有6米，而參考設(shè)計(jì)值是10米。鮑威爾說，這種尺寸差異可帶來制造優(yōu)勢(shì)，因?yàn)闇u輪機(jī)制造商可選擇在老舊的小型工廠中建造新的高兆瓦渦輪機(jī)。

馬格諾動(dòng)力學(xué)公司計(jì)劃利用這一勝利成果。但要將容量擴(kuò)展到10兆瓦或更高，還有很多工作要做。用傳統(tǒng)技術(shù)建造的機(jī)器已經(jīng)下水，距10兆瓦僅差1兆瓦多一點(diǎn)，“我們需要加快趕上，”鮑威爾指出，“現(xiàn)在這一切都發(fā)生在我們身上。我們只需要抓住合適的人選。”

雖然非超導(dǎo)體技術(shù)在成本方面勝過了InnWind，但該行業(yè)聯(lián)盟的分析并不是唯一的。一個(gè)規(guī)模較小的名為EolSupra20的法國(guó)項(xiàng)目，基于對(duì)LCOE的探索，目標(biāo)直指20兆瓦，并得出了截然不同的結(jié)果。

與其他項(xiàng)目不同，EolSupra20設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)子和定子中都有二硼化鎂超導(dǎo)體。“你要用轉(zhuǎn)子創(chuàng)建一個(gè)非常大的磁場(chǎng)?！卑屠杷_克雷大學(xué)助理教授洛伊克?韋爾瓦（Lo?c Quéval）說道。因此你需要用直流電，因?yàn)樗诔瑢?dǎo)體中的流動(dòng)不會(huì)有損失，也不會(huì)產(chǎn)生熱量。

“而定子則不同?！彼f道。當(dāng)轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)穿過它時(shí)，定子繞組中的電流會(huì)改變方向。令人驚訝的是，超導(dǎo)體在承載交流電時(shí)，確實(shí)會(huì)產(chǎn)生一些損失。這對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)生了兩個(gè)影響。首先，它需要不同形式的超導(dǎo)線材來解決這個(gè)問題。交變磁場(chǎng)在超導(dǎo)體表面產(chǎn)生感應(yīng)電流環(huán)損耗。很可惜，超導(dǎo)體（尤其是高溫超導(dǎo)體）通常被制成帶狀而非線狀，因此形成的這些感應(yīng)電流環(huán)的表面積很大。哥倫布超導(dǎo)體公司的拉格索說：“生產(chǎn)低交流損耗的高溫超導(dǎo)體幾乎是不可能的，但采用二硼化鎂就有可能?！痹摴揪蜕a(chǎn)這種材料。

哥倫布超導(dǎo)體公司一直在研究非帶狀且具有較小表面積的二硼化鎂材料。它正在生產(chǎn)的線材中嵌有很多直徑為10微米的二硼化鎂圓形細(xì)絲。這些細(xì)絲表面積非常小，無法形成很多電流環(huán)，拉格索解釋道。在一種型號(hào)中，91根這樣的細(xì)絲被嵌入一條六角形銅鎳線材中。這些線材隨后被制成扁平狀，稱為盧瑟福（Rutherford）電纜，不過現(xiàn)在還沒有達(dá)到可用的長(zhǎng)度。

超導(dǎo)定子的第二個(gè)影響是它必須被冷卻，并且要比轉(zhuǎn)子的冷卻更急劇。EolSupra20設(shè)計(jì)使用一組制冷機(jī)來讓轉(zhuǎn)子保持在10開爾文的溫度，在這個(gè)溫度下，轉(zhuǎn)子可以實(shí)現(xiàn)最大化超導(dǎo)體的載流能力。定子用另一組獨(dú)立的制冷機(jī)，溫度設(shè)置為20開爾文，因?yàn)槿粢S持比這更低的溫度水平，它需要更大的功率。

為了滿足這些需求，該設(shè)計(jì)需要總數(shù)不少于85臺(tái)的制冷機(jī)?！拔覀儼阎评錂C(jī)放在各處?！?韋爾瓦說道。采購大功率制冷機(jī)是個(gè)問題，因此EolSupra20使用了多個(gè)小型制冷機(jī)。EolSupra20在設(shè)計(jì)中使用的是住友重機(jī)械工業(yè)RDK-0408S2二級(jí)制冷機(jī)，僅有18公斤重，能夠從線圈中吸收幾瓦特到幾十瓦特的熱功率，但消耗的功率約為其100倍左右?！澳壳?，效率真的很低。”韋爾瓦說道。

EolSupra20的超導(dǎo)設(shè)計(jì)確實(shí)在LCOE方面成功擊敗了使用傳統(tǒng)技術(shù)生產(chǎn)的渦輪機(jī)。它的報(bào)價(jià)為每兆瓦時(shí)119歐元（合140美元），而傳統(tǒng)渦輪機(jī)的報(bào)價(jià)是每兆瓦時(shí)129歐元（合152美元）。據(jù)韋爾瓦和EolSupra20團(tuán)隊(duì)所言，其差別是由超導(dǎo)體生產(chǎn)的發(fā)電機(jī)重量大大下降。全超導(dǎo)發(fā)電機(jī)的重量是178噸，體積僅是傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)的1/3。

Eolsupra20的LCOE明顯高于InnWind使用的20兆瓦渦輪機(jī)，即每兆瓦時(shí)93歐元（合108美元）。韋爾瓦指出，在某種意義上，LCOE是有地方差異的。InnWind的目標(biāo)是北海的深水域，那里競(jìng)爭(zhēng)激烈，正規(guī)劃建立電網(wǎng)連接。未來的風(fēng)力電廠已經(jīng)得到承諾，當(dāng)?shù)氐膬r(jià)格將低于每兆瓦時(shí)100歐元（合116美元）。法國(guó)大西洋沿岸在經(jīng)濟(jì)上和地理上都是完全不同的環(huán)境。法國(guó)盡管有著長(zhǎng)長(zhǎng)的、多風(fēng)的海岸線，但目前沒有海上風(fēng)電廠。2012年以來，該國(guó)已經(jīng)以每兆瓦時(shí)200歐元（合232美元）的高價(jià)，為3000兆瓦的海上發(fā)電量招標(biāo)。該數(shù)字可能很快就會(huì)發(fā)生變化。鑒于北海的價(jià)格意外地飛速下跌，法國(guó)政府在3月表示希望能重新談判。

因此，面對(duì)種種因素的影響，是選擇超導(dǎo)體還是PDD？哪種技術(shù)將在未來統(tǒng)治海洋？ InnWind所做的肯定是一項(xiàng)全面的綜合研究，歷時(shí)5年，調(diào)查了大約27家工業(yè)和研究機(jī)構(gòu)。盡管如此，它也在報(bào)告中承認(rèn)了其技術(shù)有很多不確定性。InnWind對(duì)兩種動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行了評(píng)判：還同處于“實(shí)驗(yàn)室測(cè)試”的級(jí)別。

一個(gè)更好的問題，也是InnWind嘗試回答的問題，可能是：為了與PDD驅(qū)動(dòng)競(jìng)爭(zhēng)，超導(dǎo)體需要些什么？根據(jù)亞伯拉罕森和他InnWind的同事們的說法，要實(shí)現(xiàn)和永磁體類似的降價(jià)幅度，二硼化鎂還有很長(zhǎng)的路要走。如果二硼化鎂每米價(jià)格1歐元（合1.16美元），而不是4歐元（合4.64美元），20兆瓦設(shè)計(jì)就能增加更多的二硼化鎂，制造更強(qiáng)力的磁鐵，從而減少笨重的磁性鋼。但這種設(shè)計(jì)要具有競(jìng)爭(zhēng)力，還需要將低溫恒溫器和冷卻設(shè)備的預(yù)算成本降低90%。超導(dǎo)風(fēng)電渦輪機(jī)的大規(guī)模商業(yè)化能否產(chǎn)生足夠的需求，同時(shí)降低兩種技術(shù)的價(jià)格，還是一個(gè)懸而未決的問題。

但價(jià)格并不是唯一可以改變的東西。超導(dǎo)體開始起超導(dǎo)作用的臨界溫度是大多數(shù)人所關(guān)注的，但實(shí)際上，它只是導(dǎo)致超導(dǎo)的三重條件之一。還有臨界電流密度和最大磁場(chǎng)，它們超出臨界條件也會(huì)導(dǎo)致超導(dǎo)性被破壞。例如，將臨界電流值提高到原來的4倍，也會(huì)產(chǎn)生與降價(jià)相似的效果，因?yàn)槟憧梢杂?/4的超導(dǎo)體數(shù)量產(chǎn)生更強(qiáng)的磁場(chǎng)。更好的是，它將適用于不同的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)?！熬€材越好，系統(tǒng)的其余部分就越簡(jiǎn)單?！盨uprapower的拉格索總結(jié)道。

也許對(duì)極大型渦輪機(jī)的LCOE分析有點(diǎn)為時(shí)過早。另一個(gè)名為EcoSwing的歐盟項(xiàng)目旨在證明中等規(guī)模超導(dǎo)發(fā)電機(jī)的競(jìng)爭(zhēng)力，并且其工程已幾近完成。到2019年3月，這個(gè)1400萬歐元（合1630萬美元）的項(xiàng)目計(jì)劃在一臺(tái)改裝的3.6兆瓦渦輪機(jī)內(nèi)，安裝一臺(tái)超導(dǎo)發(fā)電機(jī)，安裝將在陸上進(jìn)行，因?yàn)榘惭b和維護(hù)比較容易。

和高裝機(jī)容量的海上項(xiàng)目不同，EcoSwing項(xiàng)目的目標(biāo)是進(jìn)入當(dāng)今陸上中等規(guī)模設(shè)備的市場(chǎng)。超導(dǎo)體技術(shù)的設(shè)計(jì)已將渦輪機(jī)的功率密度提高了1倍，渦輪發(fā)電機(jī)體積縮小了40%，比市場(chǎng)領(lǐng)先者的成本降低了15%，ECO 5的EcoSwing項(xiàng)目總監(jiān)尤爾根?凱勒（Jürgen Kellers）說道。ECO 5是一家工程公司，是EcoSwing項(xiàng)目的9家參與者之一。

除了尺寸以外，EcoSwing的發(fā)電機(jī)與InnWind及其他海上設(shè)計(jì)的不同之處，在于EcoSwing使用單臺(tái)大型低溫恒溫器，而不是很多模塊化低溫恒溫器。它還用高溫超導(dǎo)體YBCO來代替二硼化鎂。該公司不考慮成本而選擇了前者，是因?yàn)閅BCO更容易冷卻。“你可以說二硼化鎂已經(jīng)處于YBCO未來的成本水平，” 凱勒說道，“可另一方面，冷卻它卻不像冷卻YBCO那樣簡(jiǎn)單?！?/p>

5月22日，該項(xiàng)目在弗勞恩霍夫研究所風(fēng)能系統(tǒng)動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)室完成了對(duì)其發(fā)電機(jī)的測(cè)試，該實(shí)驗(yàn)室能夠提供扭矩和其他條件，測(cè)試全尺寸風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)。這是第一臺(tái)進(jìn)行此類測(cè)試的超導(dǎo)機(jī)器。

動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試以后，該機(jī)器將留在荷蘭特文特大學(xué)進(jìn)行最后的組裝，隨后裝船運(yùn)到丹麥，安裝在渦輪機(jī)中?！叭缓笪覀儗⑺跹b起來，看看EcoSwing發(fā)電機(jī)在北海的嚴(yán)酷條件下表現(xiàn)如何?！?凱勒說道。

馬格諾動(dòng)力學(xué)公司的磁性偽直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)也并不落后。它下一階段要制造一臺(tái)500千瓦的發(fā)電機(jī)，并將在位于英國(guó)布萊斯的國(guó)家可再生能源中心的動(dòng)力計(jì)上進(jìn)行測(cè)試。然后，“我們將嘗試在機(jī)艙中安裝一臺(tái)2至3兆瓦的機(jī)器，來獲取真實(shí)數(shù)據(jù)?！瘪R格諾動(dòng)力學(xué)公司的鮑威爾說道。

未來設(shè)計(jì)的競(jìng)爭(zhēng)可能已經(jīng)轉(zhuǎn)向了PDD，但證明兩種技術(shù)是否真正奏效的競(jìng)爭(zhēng)才剛剛開始。