风力发电可说是当前全球炙手可热的再生能源，科学家也正不断研发新技术力图提升风能竞争力。其中欧洲 EcoSwing 专案近期已成功运用超导（superconducting）发电机改造现有风机，大幅减少风机重量与稀土使用量之余，更有效提升风能成本效益比。
风能虽然是绿能当红炸子鸡，但风场建置成本动辄好几百万，风机高度平均更达 90 米以上、体积庞大占地也相当广，且每支风机平均得消耗 1 吨稀土，这不仅让风力建设成本居高不下，也有可能会局限风能装置范围。
因此为进一步提高风机性能与成本效益比，欧盟资助的 EcoSwing 专案已研发出新一代风力发电技术，运用超导材料打造新型发电机，成功将稀土使用量下降到 1,000 克，除了能减轻风机重量与尺寸，成本也从每公斤 45.50 美元下降到 18.70 美元，荷兰特文特大学能源、材料与系统团队研究员 Marc Dhallé 表示，乍看之下新机组装置量没有任何增减，但其实风机的体积与重量都下降一半。
传统风力发电技术大多采用直接驱动永磁型发电机，让永久磁铁（permanent magnet）在线圈内旋转进而发电、将机械能转换成电能，而在新技术中，超导带可取代旧有的磁铁，大幅减少稀土使用量并取代原本又大又笨重的发电机。
其中超导带是由钆─钡─铜氧化物超导陶瓷层与钢制基底组成，为了不让超导材料特性随着时间流逝而消失，科学家也在超导层与基底之间覆涂氧化镁和银。
只不过超导体虽然可让设备实现零电阻和完全抗磁性，进而提高电流与产生高磁场，但这个特性有着非常难达成的前提──需要在超级低温下才能有效运作。即使新型发电机采用“高温超导体系统”，超导带还是得处在 -240°C 的设备中，因此研究团队将超导带置于真空设备并开发出可相互搭配的小型冷却器，让新型超导发电机可以稳定运作并朝工业化生产迈进。
Dhallé 表示，从测试超导带、感应器到寻找最佳冷却方式与组装转子，EcoSwing 专案研究过程一切都很“冷”，所幸在经过两年测试后，终于在 2018 年夏季将技术带离实验室。
▲ 左为传统的永磁发电机，右则是超导发电机。
新型超导发电机的直径约为 4 米，比传统风机设备还要小 1.5 米左右，目前已装置在中国 Envision 公司设于丹麦的风机中，接下来则会测试该风机能不能抵御北海的强风，看看超导发电机的性能是否可以超越传统风机。
目前超导风机还处在测试阶段、采用的风机也不是现在常见的三叶造型，但若测试结果符合科学家与产业期待，未来或许可进一步减轻风力发电机组的重量与尺寸，最终得以减少风能成本。
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（本文由 EnergyTrend 授权转载；图片来源：特文特大学）
