高空风力发电——风力发电家族的新思路
发布时间:2011-06-20 16:23:30     来源: 艾莱风能网

    据《连线》杂志报道,曼哈顿街头吹拂的微风无法为整座城市供电,但从理论上讲,安装在城市上空数千英尺处的风力发电机可以做到这一点。美国科学家正尝试通过这种技术给整座城市供电。

    想办法将风力发电机像放风筝那样升入高空,将源源不断的电能送回地面。这是澳大利亚悉尼大学的一位工程师想到了这个能让全世界都能使用充沛风能的办法。而这项技术美国的科学家已经开始研发。


能源危机引发的新能源探索 
    数百年来,我们一直在利用高密度的矿物燃料,石油供应剧增。随着石油等能源迅速减少和对气候变化的担心,科学家们正在积极探索心能源的开发和让绿色技术获得了新生。不幸的是,可再生能源的分布一般漫无边际,这意味着你需要开发大片区域才能获取你需要的能量。所以,工程师都在寻找尽可能密集的可再生能源。在这种情况下,高空风看上去非常具有前景。
    据第一项缜密的、全球范围内的高空风力研究估计,在距地面大约1600至4万英尺的高度,有足够能量可以满足全球百倍的电力需要。最先进地面风力发电站的风力密度低于每平方米1千瓦。而在纽约上空急流附近,风力密度则可以达到每平方米16千瓦。如果能够克服风力间歇性问题,那里的空气将是具有无限潜力的能源宝库。

    更为重要的是,最理想的高空风力资源刚好位于人口稠密地区,比如北美东海岸和中国沿海地区。美国加利福尼亚州立大学科学家克里斯蒂娜•阿彻(Cristina Archer)说:“高空能源的确十分惊人。那里拥有无限的能量,尽管并不像我们想象的那般稳定。它不会是解决我们所有能源问题的高招,但一定会帮助我们解决这个问题。”克里斯蒂娜与另一位学者合作实施了一项研究,研究结果刊登在《能源》杂志(Energies)上。

    数百年来,我们一直在利用高密度的矿物燃料,石油供应剧增和对气候变化的担心让绿色技术获得了新生。不幸的是,可再生能源的分布一般漫无边际,这意味着你需要开发大片区域才能获取你需要的能量。所以,工程师都在寻找尽可能密集的可再生能源。在这种情况下,高空风看上去非常具有前景。
 

高空风力发电的两大设计构架

    风力可以像旋转磁体一样被用于发电,并随速度快慢而变化。所以,小幅增加风速可以令机械能数量大大增加。高空风速度很快,可以在全球范围内迅速蔓延,同时比地面风更易于预测。高空风的这些特点最终促使发明者和科学家将希望寄托在高空,那里的风力向来十分强劲。在20世纪70年代爆发能源危机时,各类新的能源概念不断涌现,工程师和发明者申请了多项利用高空风设计的专利。
  他们提出的两个主要设计构架。第一个基本上是在空中建造发电站,在高空发电,然后通过电缆输送到地面。第二个更像是风筝,先将机械能输送到地面,再由发电机将其转换为电。从理论上讲,这两种方法都行得通,只不过从来没有实施过对两项技术可行性的全面、严格的评估。
    美国能源部曾经有一个高空风力发电项目,规模非常小,有关高空风力特征的第一个准确数据便来自于这个项目,然而,由于20世纪80年代能源价格暴跌,里根政府时期的能源部官员将经费挪为他用,最终致使其无疾而终。尽管近年来全球日益重视可再生能源开发,该项目并未重新启动,这并不是因为它不好,恰恰相反,正是因为它过于新颖,距离现实有些遥远。
 

并不一帆风顺的高空风力发电
    高空风力发电从理论上来讲具有很高的可行性,但是作为一个还在研究阶段的产品来讲,还有很多的不确定性。
  美国国家可再生能源实验室发言人乔治•道格拉斯(George Douglas)说:“我们现在很大程度上只盯着那些可以快速商业化的项目,比如在10年左右可以推向市场的项目。”KiteGen、 Sky Windpower、Magenn和Makani等初创企业几年前开始涉足高空风力开发,现在看来他们有望提前实现目标。克里斯蒂娜表示:“我们距离工作原型并不像想象中那么遥远。”不过,她同时指出,这些企业无一例外都对他们的实验数据守口如瓶。
  Magenn公司CFO巴里•摩尼特(Barry Monette)称,明年公司将出售“两到四台”工作原型机,届时“第一笔收入”将打入公司账户。Magenn公司的这套机器可以在更低高度下运转。摩尼特说:“我们的确认为我们会成为最先进入市场的公司,除非有什么意外发生。”
  从长期来看,用此类机器给整座城市供电仍困难重重,这很大程度上是因为,即便高空位置达到最理想,一年也有会5%的时间遇到不刮风的时候。克里斯蒂娜论文合作者、斯坦福大学生态学家肯•卡尔德拉说:“也就是说,你要么拥有后备能量,大量的能源储备,要么拥有整个大洲乃至全球性电网,用以保证风电可利用率。所以,尽管高空风最终有可能证明是一种重要的能源,但它需要完善的基础设施。”
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美科学家尝试用高空风力发电机给纽约供电 

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