在德國勃蘭登堡州席普考一處已開採殆盡的褐煤礦場中,一座高達984呎的格構式塔架矗立著,其風機機艙將由塔架結構自行提升至最終高度。
這座塔架的設計構想極為特殊。由於地球上沒有任何吊車能將機艙與發電機吊升至984呎的高空,結構因此分為兩部分:固定的外層格構與可在其內部垂直滑動的內層結構。組裝期間及未來重大維修時,內層結構會降至一般吊車可達的高度,待工程完成後再重新升起至全高。這套系統運作方式類似伸縮式汽車天線,只是移動中的組件重達數百噸。
機艙、輪轂與發電機已於可達高度(約500呎處)由吊車先行就位,準備由類似橋樑工程與重型物流使用的液壓升降系統推送至最終位置。連同可動式內塔在內,需抬升的總重量約達830美噸。
原訂於近日週日執行的提升作業因強風而延期,建造商表示塔架將於當週內完成最終吊升。葉片同樣因天候因素延宕,目前仍置於地面。
這座風機坐落於席普考以北,夾處於盧薩蒂亞褐煤區兩座既有風場之間,由於該區域在20世紀大部分時間支撐著火力發電廠運作,因此無需新增土地,即可設置於既有風機之間。
支持此一高度設計的理由相當簡單:輪轂位置遠高於鄰近風機,葉片運轉時不會相互遮擋;此外,更高的高度可接觸到鄰近較矮風機無法觸及的高空風層。開發商表示,該高度的風速更強、更穩定,接近離岸風場條件,卻無需負擔離岸風場的建造與維護成本。這項論點有賴於施工前在現場設立的一座專用測風塔,該塔架設定將橫跨規劃中塔架的整個高度進行高空風速數據記錄。
這座格構式塔架承載逾2,000公噸(約2,200美噸)的鋼材,由約22,000個獨立零件組裝於四支主柱構成。與中空管狀塔架不同,設計靈感借鏡高壓輸電塔,這種造型受風面積較小,且在極端高度下以同等剛性所耗鋼材更少。
根據施工前的風速數據,開發商宣稱此一高度可使發電量提升40%,並表示此數字約為相同葉片直徑在傳統高度下發電量的兩倍。葉片直徑413呎,以現代標準而言屬於普通規格,額定容量3.8MW。含葉尖在內的整體高度達1,198呎,僅次於柏林電視塔的1,207呎,目前德國風能協會將其視為全球最大。
作為對比,近期行銷的一款混合式塔架葉尖高度約919呎,而傳統風機的輪轂高度則遠低於660呎。
施工因鋼構件品質問題而停滯,地上工程整個冬季暫停。經過零件檢查與部分更換後,工程重新啟動,這也是原本預計在更早季節完成的提升作業延宕至今的原因。
考量從葉片到地基的荷重路徑穿越數萬個螺栓接點,低於規格的接點在這種規模下將帶來傳統風機從未面臨的後果。這次暫停正是這項算術的可見代價。席普考的格構式塔架與過往任何商用塔架皆不相同,這也正是為何鋼材品質必須在提升作業進行前確認無虞。
基礎工程已完工,結構鋼材於基坑開挖與基礎灌漿後開始吊裝。挪威一座風場曾將一片葉片漆成黑色,以解決一項影響重大的小細節;同樣地,對於邊際條件的耐心處理,形塑了這座風機每一項決策。在北極一座492呎高的風機施工的工程團隊也面臨類似邏輯:無人所解的邊際條件,正是整個問題的核心所在。
此案被宣傳為每年可供應30至33 GWh(百萬度)的電力,足以供應約7,500戶家庭。不過這個數字需要審慎解讀:一座3.8MW的風機若全功率全年不停運轉,理論產量約為33 GWh,因此公布的數字接近理論上限,而非實際可運轉發電量。在有實測發電數據之前,應將其視為目標值。
併網作業預計將於今年年底完成,前提是塔架升至最終高度且葉片安裝完成。更廣泛的問題在於:像這樣由國家支持的原型機,能否說服業者對既有風場進行改造,加裝可觸及第二層風資源的高塔。
這個答案需要數年的運轉數據來驗證,而非一次壯觀的下午作業。提升作業尚未完成;高度優勢的論點將由後續電錶記錄的數據來判定。格構式塔架已展示的是,要觸及最強風資源,不一定要有能勝任的吊車,只需要一座願意先降低自己的塔架。