【摘要】第一代商用擴散體增強型風力機(DAWT)在新西蘭剛開始兩年試運行，如果開發者的預期結果得以實現，這種新設計的風力機可促使風電成本大幅度降低。

在距新西蘭奧克蘭南約100km的Waikaretu的一座小山頂上，一臺革命性的新型風力機正在進行為期兩年的試運行。這座風力機的外觀與常規風力機相比完全不同，其高度為17m，很象一巨物蹲在山頂上，而常規風力機則為一細長體，高高地矗立在山頂上。

這是投入運行的第一代商用擴散體增強型風力機(DAWT: diffuser augmented wind turbine)，如果開發者的預期結果得以實現，將導致風力發電成本大幅度降低。在試驗新的風力機技術的同時，也可以試驗擴散體環罩的新材料、高強鋼絲纖維加強的鋼筋混凝土。此種風力機在當地被稱為"混凝土風力機"。在商業上，它被稱為Vortec7型風力機，因為它有一個7m直徑的轉子。

風力機由近100家小型投資商組建的私人公司-Vortec能源有限公司負責設計和建設，該公司籌集了350萬美元開發原型機。Vortec能源有限公司目前正在進一步籌集約700萬美元，擬建設兩臺轉子直徑為20m的機組。其中一臺新機組將在高風速地區試驗，很可能在新西蘭的惠靈頓附近，另一臺在平均風速區。南澳大利亞州政府已對設計表示了很大的興趣并將在Adelaide附近加速安裝平均風速機組，因為州政府認為風力是一種少有的可再生能源，需要從技術上突破來帶動州內占優勢的較低平均風速資源的開發。

兩臺新型的轉子直徑20m的機組成功地運行后，Vortec能源有限公司將考慮在Nasdaq股票交易所上市的可能性。Vortec7機組的性能數據表明，轉子直徑20m的設計能夠以低于0.031美元/kWh的價格上網，它將使風力發電可與新西蘭現有的電廠相競爭，與其它新的發電方式相比，更具競爭力。如果Vortec型風力機能以這種價格水平發電，在風電開發中它將迅速成為一股強大的新生力量。

Vortec能源有限公司的后盾是企業家Robin Johannink，他成功地經營著一系列業務，也是Pacific Lithium公司(一家從海水中提取鋰的公司)的后盾。Johannink先生講Vortec技術是一項國際產品，但該技術在新西蘭股票市場上所獲得的認可和重視還不太高，難以在此上市。因此Vortec能源有限公司正在考慮在紐約的Nasdaq交易所上市，很可能在1999年實現。

1 擴散體技術

美國的航天巨頭Grumman空間公司(現在的Northrop Grumman公司)花費了8年時間開發擴散體技術并擁有擴散體增強型風力機技術的專利。它進行了擴散體流體動力學的詳細分析，并使用一5m的模型在風洞中證實了分析結果。擴散體位于風力機轉子的下游，其作用就象一個機翼，在轉子后部產生低壓部位。這種"抽吸效應"有效地使轉子周圍的風速成倍增加。常規的風力機只能有效地利用轉子周圍風速的60%左右。圖01示出了擴散體的流態。

擴散體經濟性的關鍵在于以最低成本獲得最大的尺寸。風洞研究表明在45度擴散體結構中，內壁附面流可由兩級風槽射流所維持。在該原型中，擴散體的總尺寸進一步減少，通過采用總長與出口直徑比為30%的弧形結構，環罩硬度增強。使已選擇的設計以最低的材料用量獲得了最大的擴散體尺寸。

Vortec能源有限公司獲得了Northrop Grumman公司頒發的擁有擴散體技術、為期20年的全球專利權及此后20年專利更新權的許可證。Northrop Grumman公司保留了它們自己內部使用擴散體增強技術而不用于風能商業市場的權利。Kenneth Foreman,原Grumman空間公司研究小組的領導者，為Vortec Energy公司的技術咨詢，Vortec能源有限公司獲得了Grumman空間公司研究小組8年研究的所有記錄、試驗報告及專利。

2 材料技術

Grumman空間研究小組在開發擴散體增強技術中所遇到的一個問題是商業規模風力機材料必須具有強度高、壽命長、成本低的特點。曾對鋁、玻璃纖維、鋼和傳統鋼筋混凝土進行過評估和核算，但都不能滿足風力機經濟開發的要求。在所有評估的材料中，最可取的是鋼筋混凝土，但使用傳統的鋼筋混凝土，擴散體尺寸使風力機額定出力只能達到70kW。由于機組規模太小無法對擴散體增強技術進行商業開發。新西蘭在使用鋼筋混凝土建造水塔和遠洋快艇之類設備方面有悠久歷史。在此基礎上，結構工程師Alexander和Associates在20年中開發了一種新型的產品-高強鋼絲纖維加強的鋼筋混凝土。這種新材料的抗彎強度是低碳鋼的3倍，基本上不需要維修。這種新材料可以經濟地建造較大的擴散體，從而使風力機有足夠的出力和常規風力機相競爭。

原型機轉子直徑為7m，高度為17m，最高出力為1MW。將要建設的兩臺機組使用20m直徑的轉子，高52m，出力為3MW。

擴散體使用兩層3m×1m×30mm的高強鋼絲纖維加強的鋼筋混凝土板復合而成。第一層板沿著復雜的框架彎成所需的雙向曲面，并固定就位。第二層板放在頂部，彎曲成形，然后在基礎板上灌漿鎖定雙向曲面。再將這些曲面板粘結到一起，并對其邊緣進行硬化處理構成擴散體扇形段。完整的擴散體裝配好之前，在奧克蘭大學工程院對單塊板和裝配好的擴散體扇形段樣品進行了應力測試。