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你看那只追风的风筝,它好像是在发电?

来源:未知 时间:2018-07-21 01:48

原标题:你看那只追风的风筝,它好像是在发电?

风作为一种能源,很早就被人们利用了起来。而世界上最会用风的国家,大概非荷兰莫属。

荷兰由于其特殊的地理位置,常年盛行西风。再加上国内资源缺乏,风就被荷兰人民充分利用了起来。他们做了大风车,用来取水、灌溉、脱粒、榨油等,也因此形成了本国独特的风车文化。而到了现代,荷兰人更是把握住了风力发电的独特优势,比如他们国家的火车用电就全部来自风力发电。

放眼全球,虽然一直在增长,但风力发电占比仍然不高,其排在化石燃料、核能、水能之后,占比还不到5%。但风力发电拥有清洁环保和较大的成本下降的潜力,其在未来发电格局中地位将更加重要。但依靠每年那么点装机量的增加,似乎很难在短时间内实现逆袭。

如今看来,风力发电的瓶颈期可能正在到来。

向更高更广处发展的风机发电

目前的风力发电方式较为单一,主要采用的是我们常见的“三叶大风车”式方法。这种发电方法原理简单,风吹动叶片转动,带动发电机,从而产生电能。然而这种最简单的风能转化方式,却存在着两个明显的问题。

第一,发电机建设场域不断扩大。在单位风机发电量一定的情况下,要获得更多的电力,就要布置更多的风机。因此,我们常常看到风力发电往往呈集群式布局特征,一个风力发电站动辄几十几百台甚至上千台发电机。这造成的直接后果就是风力发电占地面积的不断扩大。那么,伴随着装机扩容而来的土地侵占,将可能掣肘风力发电的发展。

第二,风机功率的增加。要想实现在最小的面积上获得最大的电力,就只能提高单位风机的发电量。因此,对风机的研发也呈现出一个明显的趋势,那就是个体风机功率越来越大,个头也越来越高。比如丹麦曾经造出了当时世界上最大的风机:每个叶片长达88.4米,风轮直径180米,高达220米……造这么大的风机,显然是很费钱的。

造成这种情况的原因,与风的活动位置分不开。我们都知道,越往高处走,风力越大;而地面的风存在很大的不稳定性。那么,为了获取强劲而持续的风力,人们只好把风机越做大、越做越高。

但是总不能这样无限制地高下去吧?那样也太恐怖了。并且在风机大到一定程度之后,会产生一个成本和收益的拐点。总不能造个大风机,却要运行个二、三十年甚至更久才能收回成本吧?那样也太亏了。

那么,又不想占用过多的土地,又想离天空近点儿,把大风车搬到天上有点儿不太可能。上哪儿去找这么一个替代品呢?

风筝或可一试。

盘旋在天上的风筝,发电门道不止一种

有人可能不太敢相信:什么?风筝?就那玩意儿还能发电?

是的,风筝不仅能发电,而且实验证明,它的发电效率要远远高出风机发电许多倍。

风筝发电这事儿很早就有人提出了。比如富兰克林18世纪做的一项风筝实验。他在雷电天气放风筝,结果成功捕捉到了从风筝上传来的电。但这也难说是“发电”,因为风筝只是起了个传导的作用。并且向雷取电除了推动发明避雷针之外,好像也没有其他太大的价值,因此也就被慢慢遗忘了。

真正的风筝发电则源于上世纪80年代。美国科学家劳埃德提出了“风筝发电”的概念,其有四个要点:气流、风筝、绳索、卷扬机。当风筝垂直于气流的时候,其拉动绳索来驱动地面的卷扬机发电;当风筝与气流平行的时候,卷扬机再把风筝倒拉回来。以此往复,产生电能。

当然,这只是个理论的雏形,由于条件的限制,关于风筝发电的研究一直处于不温不火的状态。直到近几年科技的飞速发展,风筝发电的优点被进一步证实,其与现实应用的距离也才在不断缩小。而且,目前的风筝发电模式也在靠绳索拉动地面发电机的基础上,延伸出了丰富的乃至显得有点可爱的想象力。接下来,我们介绍几种目前比较热门的风筝发电。

1. 复古式风筝发电。所谓复古,就是按照劳埃德的风筝发电原理开发的发电方式。英国的风筝发电公司KPS已经建造一个消费层级发电站。其研制的风筝展开有40米宽,并且能飞到450米的有持续风力的高空。到了高空之后,有两个风筝会以8字形的轨迹运动,然后带动地面的发动机产生电力。只不过,这两个风筝是轮流升空,以保证其能够有持续的电力输出。

2. 无人机式风筝发电。利用无人机升空来发电是比较普遍的发电方式。有人就问了,不是风筝发电吗,怎么变成无人机了?实际上,这种无人机还需要绑一个绳索与地面相连,以将电力输送到地面。所以,绑根绳子的无人机,大概也算“风筝”吧……

但“风筝”无人机与普通的无人机不同,其拥有巨大的翼展,以安装更多的涡轮发电机。这也是其与复古式风筝发电不同的地方。前者是在空中发电然后将电传输到地面,后者则是直接在地面完成发电,风筝只起到一个动力的作用。比如Google X的Makani风机,其长达25米,拥有8个螺旋桨,通过高强超轻碳纤维的绳索连接地面设备。飞到空中之后,其将在有稳定风力的地方进行盘旋,带动涡轮风机旋转发电。值得称赞的是,它还能根据风向自动调整盘旋姿势,可谓是会追风的风筝。

3. 可爱的氦气风筝。无人机风筝算什么?一点都没有想象力。加州理工学院做的这个风筝根本不需要绳索,在天上可以自由地飞翔,随便折腾。这个大风筝造型萌萌的,像一个巨大的甜甜圈,发电机和扇叶全都隐藏在它胖胖的身体里。它的优点在于能不受绳索控制,可以随风而飘,获取最合适的风力。当然,问题在于,这玩意儿如果不小心飞走了怎么办……所以如何加强地面控制还是需要进一步研究的。

除此之外,还有谷歌的用风筝绑在船上发电以给船只提供动力等黑科技想法。总之,目前聚焦于风筝发电的玩家也越来越多,并且大多数项目已经离开图纸、走出实验室,进入了实地实验阶段。也就是说,我们距离真正的风筝发电时代,很可能已经不太遥远。

风筝发电,绝不仅仅是因为好玩儿

当然,那么多公司扎堆进行风筝发电研究,绝不仅仅是好玩儿。其不仅能够解决传统风机发展过程中带来的问题,还能够显着地降低风力发电的成本。

难道是研制风筝发电要比风机便宜吗?非也。风筝发电之所以节省成本,主要在于其能够在高空获得强力且稳定的风源。相较于近地面风力的不恒定,单位时间内风筝在高空产生的电能显然要多于地面。

据意大利Sequoia Automation公司对自家风筝发电的分析,其每兆瓦时的发电成本仅为1.5欧元,相较之下欧洲其他国家每兆瓦时的平均发电成本为43欧元,那么风机发电成本就更高了。因此,也就无怪乎那么多公司奔着风筝发电的巨大成本优势蜂拥而上了。

但是,虽然有如此诱人的价格优势,风筝发电之路也注定不是一帆风顺的。

比如,目前实验的风筝高度普遍在400米左右,未来可能会突破1000米,甚至更高。这个时候就要考虑风筝发电是否会对航空飞行造成影响。虽然借助雷达等手段能够提前避障,但对飞行物而言这仍然是一个潜在的威胁。从这个角度上来说,虽然风筝发电解决了占地面积的问题,但又引发了一个空域的问题。因此,风筝发电的选址必须要考虑到空中飞行的因素,比如有人就建议可以在废弃的核电站上空进行风筝发电,因为那里是禁飞区。

另一方面,如何控制风筝的方向也是一个问题。风筝的飞行方向决定了其是否能最大化利用风力。但其毕竟处于距离地面几百米甚至上千米的高空,风向很有可能会随时变化。如果仅仅依靠地面工作人员进行手动操作,无疑会增加工作量和人力成本。那么,风筝上可能就需要一款非常灵敏的风力风向传感器,并且其能够在感应到之后自动转向。

除此之外,其中肯定还有其他需要突破的技术关卡。但用风筝发电听起来就是一件极富想象力的事情。未来俯视地球,当我们看到奔腾的江水、旋转的风车和翱翔的风筝都在为地球的夜晚输送光明的动力,一定会禁不住拜服于人类的无穷智慧。返回搜狐,查看更多

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