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空中风力发电技术!毛里求斯的风筝发电了!
2022-03-17 来源:蓝冠世界
 

全球许多公司正在开发空中发电技术,利用大型风筝在距离地面半英里以上的空中收集蓝冠注册。虽然仍处于初级阶段,但空中风力发电技术潜力很大,有可能用于偏远地区,或从离岸较远的驳船上升空发电。
 
仰望毛里求斯的白色沙滩,你可能会看到一个巨大的8字型的帆,很像滑翔伞或风筝冲浪者使用的那种帆,大小相当于一套三居室的公寓。这不是旅游景点,而是为这个东非海岸岛国的发电设施。由德国公司SkySails Power去年12月发射世界上第一个商业“空中蓝冠注册”(Airborne Wind Energy)系统。该公司表示,在过去两个月里,这个系统的发电出力大约100千瓦,足以为50户家庭供电。当然,这只是该岛电力需求的极小部分,但SkySails公司希望,这个技术是未来的一个发展方向。
 
随着世界向净零排放目标迈进,未来电力生产的几乎每一条途径都预见到蓝冠注册的巨大作用。国际能源协会(International Energy Association)预测,到2050年蓝冠注册将猛增11倍,蓝冠注册和太阳能共同占全球电力需求的70%。由于遍布全球的农田和山脊线上的风力涡轮机数量不断增加,风力发电的成本在过去十年中大幅下降了约40%。
 
但一些专家表示,这些大型风力涡轮机并不总是最好的解决方案——可能成本高昂,或者不可能安装在偏远地区或深水中,而且无法达到风力最强的高空。要收获这些空中能源,解决方法可能是“放风筝”。数十家公司和部分学术机构正在研发这样的技术和设备,包括将拖船和风筝绳上的拉力转化为有用能量的软翼,以及搭载涡轮机和发电机并将输送电力的复杂飞行器。
 
空中蓝冠注册有一些关键的优势。在一些国家适合风力发电场的土地越来越少:风力发电场通常需要高达71英亩的土地来发电一兆瓦,而化石燃料发电厂只需要12英亩的土地,理想的蓝冠场地点最终会用光。而空中蓝冠注册系统可以达到800米高(半英里),远远高于最高的风力涡轮机200到300米的顶端。据估计,高空风力发电的理论全球极限约为地面风力发电量的4.5倍。
 
空中蓝冠注册吸引人的是在材料的简单性和成本方面。将发电风筝带到偏远地区相对便宜,也比较容易;这些系统装在集装箱中,可以在任何有道路或码头的地方放置。它们还可以被拴在深水中的锚定驳船上,而传统的风力涡轮机在深水中无法站稳。它们的高度是可适应的,因此可以向上或向下移动到风力最大的地方,而风力通常会随着季节的变化而变化。空中蓝冠场可以容纳数百只风筝漂浮在离岸较远的深水驳船上,帮助偏远岛屿、临时军事设施或山区采矿作业供电。
 
这些想法已经存在了几十年,但使用风筝或无人机捕捉蓝冠注册的道路并不平坦。例如,2020年一家被谷歌收购的航空蓝冠注册公司因工程师无法使其系统经济运行而关闭了运营。但其他追求更轻、更简单的技术版本的公司,比如SkySails,现在正在走向商业化。2021年美国能源部向国会提交的报告得出结论,这一技术路径具有很大的潜力,机载系统可能有能力获得与美国地面风系统相同数量的能量。但他们补充说:这项技术要成为美国能源解决方案的重要组成部分还有很长的路要走。
 
实际上,SkySails早在2001年就建造柔软的风筝翅膀,在海上拉动船只。其想法是机翼可以像古代的帆一样,帮助大幅降低船舶的燃料需求。这是一个超前的概念,但SkySails预计油价将继续上涨,使其产品更具吸引力。现在,随着联合国国际海事组织(International Maritime Organization)对船舶减排提出了更严格的要求,其他公司,包括空客(Airbus)的子公司也在制造拖船翼发电设施。
 
和其他几个正在开发的系统一样,SkySails的系统依靠一个大约150平方米的降落伞式机翼在风中飞行。空中没有涡轮机,绳子也不是电线。取而代之的是,能量是在地面上由缆绳上的拖船产生的。系统以8字形模式自主地放风筝,以获得产生能量的最大拉力。然后,该系统会改变机翼的飞行模式,以便以最小的阻力将其拉入,并消耗一点能量将其卷回。这种模式会重复,产生的能量远远超过消耗的能量。
 
听起来很简单,发电系统也很标准。但SkySails的首席技术官斯蒂芬·布拉贝克(Stephan Brabeck)表示,该团队花了大约7年的时间来完善飞行系统,尤其是为了让发电机翼能够安全着陆并自主发射。布拉贝克说,他们现在已经制造并销售了五台,其中毛里求斯是第一台投入使用的。由于暴雨、不合适的风或雷雨,机翼每年必须着陆14次。航空工程师布拉贝克(Brabeck)说,偶尔会有飓风,机载系统可以在地面上经受住,这使得该岛不适合使用传统的风力涡轮机。
 
布拉贝克说,与传统涡轮机相比,风帆对天际线的干扰更小,也更安静。他说,对于目前从柴油发电机每千瓦时支付超过30美分的成本来说,这都是有经济意义的。但也有挑战。法吉亚诺说,风力涡轮机可以杀死或伤害候鸟,鸟类对这些风筝的反应“尚未得到很好的研究”。任何此类系统上的系绳理论上都可能绊倒无人机甚至小型飞机。如果缆绳断裂或导航系统出现故障,系统可能会坠地。
 
无论是谷歌还是其他公司,现在都在寻找更好的解决方案。这包括总部位于荷兰的Kitepower,它在加勒比海有一个项目,以及总部位于挪威的Kitemill,它的目标是制造兆瓦级系统。SkySails计划在美国中西部地区测试一个机载蓝冠场的概念,然后再搬到海上。
 
随着商业活动的增加,最大的障碍之一是监管:空域规则的设计不是为了适应这些发电风筝。但是这是鸡和蛋的问题:只要没有技术,他们就不会制定法规;没有法规,公司很难筹集资金。随着首批商业试点产品的推出,在偏远地区,空中发电成本已经相当具有竞争力。如果空中风力系统开始大规模生产,毫无疑问将生产出价格合理的能源。
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