據耶魯360網(wǎng)站報道，國際上許多公司正在開(kāi)發(fā)空中發(fā)電技術(shù)，利用大型風(fēng)箏在距離地面半英里以上的空中收集風(fēng)能。雖然仍處于初級階段，但空中風(fēng)力發(fā)電技術(shù)潛力很大，有可能用于偏遠地區，或從離岸較遠的駁船上升空發(fā)電。
仰望毛里求斯的白色沙灘，你可能會(huì )看到一個(gè)巨大的8字型的帆，很像滑翔傘或風(fēng)箏沖浪者使用的那種帆，大小相當于一套三居室的公寓。這不是旅游景點(diǎn)，而是為這個(gè)東非海岸島國的發(fā)電設施。由德國公司SkySails Power去年12月發(fā)射世界上第一個(gè)商業(yè)“空中風(fēng)能”(Airborne Wind Energy)系統。該公司表示，在過(guò)去兩個(gè)月里，這個(gè)系統的發(fā)電出力大約100千瓦，足以為50戶(hù)家庭供電。當然，這只是該島電力需求的極小部分，但SkySails公司希望，這個(gè)技術(shù)是未來(lái)的一個(gè)發(fā)展方向。
隨著(zhù)世界向凈零排放目標邁進(jìn)，未來(lái)電力生產(chǎn)的幾乎每一條途徑都預見(jiàn)到風(fēng)能的巨大作用。國際能源協(xié)會(huì )(International Energy Association)預測，到2050年風(fēng)能將猛增11倍，風(fēng)能和太陽(yáng)能共同占全球電力需求的70%。由于遍布全球的農田和山脊線(xiàn)上的風(fēng)力渦輪機數量不斷增加，風(fēng)力發(fā)電的成本在過(guò)去十年中大幅下降了約40%。
但一些專(zhuān)家表示，這些大型風(fēng)力渦輪機并不總是最好的解決方案——可能成本高昂，或者不可能安裝在偏遠地區或深水中，而且無(wú)法達到風(fēng)力最強的高空。要收獲這些空中能源，解決方法可能是“放風(fēng)箏”。數十家公司和部分學(xué)術(shù)機構正在研發(fā)這樣的技術(shù)和設備，包括將拖船和風(fēng)箏繩上的拉力轉化為有用能量的軟翼，以及搭載渦輪機和發(fā)電機并將輸送電力的復雜飛行器。
空中風(fēng)能有一些關(guān)鍵的優(yōu)勢。在一些國家適合風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的土地越來(lái)越少：風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)通常需要高達71英畝的土地來(lái)發(fā)電一兆瓦，而化石燃料發(fā)電廠(chǎng)只需要12英畝的土地，理想的風(fēng)電場(chǎng)地點(diǎn)最終會(huì )用光。而空中風(fēng)能系統可以達到800米高(半英里)，遠遠高于最高的風(fēng)力渦輪機200到300米的頂端。據估計，高空風(fēng)力發(fā)電的理論全球極限約為地面風(fēng)力發(fā)電量的4.5倍。
空中風(fēng)能吸引人的是在材料的簡(jiǎn)單性和成本方面。將發(fā)電風(fēng)箏帶到偏遠地區相對便宜，也比較容易;這些系統裝在集裝箱中，可以在任何有道路或碼頭的地方放置。它們還可以被拴在深水中的錨定駁船上，而傳統的風(fēng)力渦輪機在深水中無(wú)法站穩。它們的高度是可適應的，因此可以向上或向下移動(dòng)到風(fēng)力最大的地方，而風(fēng)力通常會(huì )隨著(zhù)季節的變化而變化?？罩酗L(fēng)電場(chǎng)可以容納數百只風(fēng)箏漂浮在離岸較遠的深水駁船上，幫助偏遠島嶼、臨時(shí)軍事設施或山區采礦作業(yè)供電。
這些想法已經(jīng)存在了幾十年，但使用風(fēng)箏或無(wú)人機捕捉風(fēng)能的道路并不平坦。例如，2020年一家被谷歌收購的航空風(fēng)能公司因工程師無(wú)法使其系統經(jīng)濟運行而關(guān)閉了運營(yíng)。但其他追求更輕、更簡(jiǎn)單的技術(shù)版本的公司，比如SkySails，現在正在走向商業(yè)化。2021年美國能源部向國會(huì )提交的報告得出結論，這一技術(shù)路徑具有很大的潛力，機載系統可能有能力獲得與美國地面風(fēng)系統相同數量的能量。但他們補充說(shuō)：這項技術(shù)要成為美國能源解決方案的重要組成部分還有很長(cháng)的路要走。
實(shí)際上，SkySails早在2001年就建造柔軟的風(fēng)箏翅膀，在海上拉動(dòng)船只。其想法是機翼可以像古代的帆一樣，幫助大幅降低船舶的燃料需求。這是一個(gè)超前的概念，但SkySails預計油價(jià)將繼續上漲，使其產(chǎn)品更具吸引力?，F在，隨著(zhù)聯(lián)合國國際海事組織(International Maritime Organization)對船舶減排提出了更嚴格的要求，其他公司，包括空客(Airbus)的子公司也在制造拖船翼發(fā)電設施。
和其他幾個(gè)正在開(kāi)發(fā)的系統一樣，SkySails的系統依靠一個(gè)大約150平方米的降落傘式機翼在風(fēng)中飛行?？罩袥](méi)有渦輪機，繩子也不是電線(xiàn)。取而代之的是，能量是在地面上由纜繩上的拖船產(chǎn)生的。系統以8字形模式自主地放風(fēng)箏，以獲得產(chǎn)生能量的最大拉力。然后，該系統會(huì )改變機翼的飛行模式，以便以最小的阻力將其拉入，并消耗一點(diǎn)能量將其卷回。這種模式會(huì )重復，產(chǎn)生的能量遠遠超過(guò)消耗的能量。
聽(tīng)起來(lái)很簡(jiǎn)單，發(fā)電系統也很標準。但SkySails的首席技術(shù)官斯蒂芬·布拉貝克(Stephan Brabeck)表示，該團隊花了大約7年的時(shí)間來(lái)完善飛行系統，尤其是為了讓發(fā)電機翼能夠安全著(zhù)陸并自主發(fā)射。布拉貝克說(shuō)，他們現在已經(jīng)制造并銷(xiāo)售了五臺，其中毛里求斯是第一臺投入使用的。由于暴雨、不合適的風(fēng)或雷雨，機翼每年必須著(zhù)陸14次。航空工程師布拉貝克(Brabeck)說(shuō)，偶爾會(huì )有颶風(fēng)，機載系統可以在地面上經(jīng)受住，這使得該島不適合使用傳統的風(fēng)力渦輪機。
布拉貝克說(shuō)，與傳統渦輪機相比，風(fēng)帆對天際線(xiàn)的干擾更小，也更安靜。他說(shuō)，對于目前從柴油發(fā)電機每千瓦時(shí)支付超過(guò)30美分的成本來(lái)說(shuō)，這都是有經(jīng)濟意義的。但也有挑戰。法吉亞諾說(shuō)，風(fēng)力渦輪機可以殺死或傷害候鳥(niǎo)，鳥(niǎo)類(lèi)對這些風(fēng)箏的反應“尚未得到很好的研究”。任何此類(lèi)系統上的系繩理論上都可能絆倒無(wú)人機甚至小型飛機。如果纜繩斷裂或導航系統出現故障，系統可能會(huì )墜地。
無(wú)論是谷歌還是其他公司，現在都在尋找更好的解決方案。這包括總部位于荷蘭的Kitepower，它在加勒比海有一個(gè)項目，以及總部位于挪威的Kitemill，它的目標是制造兆瓦級系統。SkySails計劃在美國中西部地區測試一個(gè)機載風(fēng)電場(chǎng)的概念，然后再搬到海上。
隨著(zhù)商業(yè)活動(dòng)的增加，最大的障礙之一是監管：空域規則的設計不是為了適應這些發(fā)電風(fēng)箏。但是這是雞和蛋的問(wèn)題：只要沒(méi)有技術(shù)，他們就不會(huì )制定法規;沒(méi)有法規，公司很難籌集資金。隨著(zhù)首批商業(yè)試點(diǎn)產(chǎn)品的推出，在偏遠地區，空中發(fā)電成本已經(jīng)相當具有競爭力。如果空中風(fēng)力系統開(kāi)始大規模生產(chǎn)，毫無(wú)疑問(wèn)將生產(chǎn)出價(jià)格合理的能源。
