風(fēng)電新技術(shù)：風(fēng)箏發(fā)電的三種方法

北極星風(fēng)力發(fā)電網(wǎng)訊:風(fēng)箏是什么?最簡(jiǎn)單的風(fēng)箏，是由小棍細(xì)繩彩紙?jiān)�成的花花綠綠的兒童玩具。

大約20年前，越來越多的沖浪愛好者開始用大型風(fēng)箏代替摩托艇拉著滑板沖浪，20平米大的風(fēng)箏加上強(qiáng)度是鋼索15倍的高科技繩索，可以讓沖浪者飚出100公里開外的時(shí)速，或是飛到15米以上的空中再輕輕滑回水面。

眼下，各國(guó)科研人員正在努力賦予風(fēng)箏一項(xiàng)新的功能——讓它成為高空風(fēng)力發(fā)電平臺(tái)。在可預(yù)見的未來，“風(fēng)電風(fēng)箏”將會(huì)飛入高空，將那里更強(qiáng)勁、更穩(wěn)定的風(fēng)能“捕獲”回來。

三種用風(fēng)箏發(fā)電的方法

根據(jù)記載，雖然早在十九世紀(jì)初就有人用大型風(fēng)箏來拉小火車，但直到1980年左右，才有人著手研究風(fēng)箏發(fā)電的可能性。

開創(chuàng)這一領(lǐng)域理論研究的研究人員叫萬里-勞埃德，他在加利福尼亞州的勞倫斯·利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室里計(jì)算出，相比于懸在空中某一點(diǎn)，風(fēng)箏在風(fēng)中來回飛動(dòng)能產(chǎn)生更大的能量，如果翼展能達(dá)到洛克希德C-5運(yùn)輸機(jī)機(jī)翼大小(68米長(zhǎng))，理論上從每秒10米的風(fēng)力中就能獲得兆瓦級(jí)的能量，這已能與當(dāng)今大型地面風(fēng)力發(fā)電機(jī)相提并論。

勞埃德提出兩種風(fēng)箏發(fā)電的方式：一是在風(fēng)箏機(jī)翼上安裝類似螺旋槳的渦輪機(jī)葉片，空氣帶動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生電能，然后通過導(dǎo)電的繩索將電能傳送到地面，這種技術(shù)如今被昵稱作“飛翔的發(fā)電機(jī)”;另一種方案是通過空中的風(fēng)箏施加給控制繩索的力，帶動(dòng)地面設(shè)備發(fā)電。

此外，后來還有人提出，渦輪葉片既作為能量收集裝置，同時(shí)也是風(fēng)箏的動(dòng)力裝置。

與高塔、風(fēng)車式樣的傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)相比，這種“箏載”高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)自有其優(yōu)勢(shì)：這種帶繩索的飛行器能到達(dá)更高的空中，那里的風(fēng)能更加強(qiáng)勁穩(wěn)定。此外，因?yàn)椴挥媒ǜ咚�支撐巨大的旋轉(zhuǎn)葉片，這就大幅度削減了建設(shè)成本和安裝時(shí)間。

當(dāng)然，與傳統(tǒng)風(fēng)電設(shè)備相比，尚處于實(shí)驗(yàn)室階段的風(fēng)箏發(fā)電系統(tǒng)還有很多難題要克服。譬如，在這種系統(tǒng)中，風(fēng)箏作為風(fēng)能采集器將高空風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，同時(shí)也是保持系統(tǒng)穩(wěn)定的平衡器，但平衡運(yùn)動(dòng)與做功運(yùn)動(dòng)相互耦合、相互影響，很難設(shè)計(jì)出平衡與做功的最佳控制模式，系統(tǒng)復(fù)雜，持續(xù)性和穩(wěn)定性難以保障。另外還要考慮安全問題，碰到雷雨天氣，電站容易被“順繩索而下”的雷電擊毀。

剛性翅膀Vs纖維翅膀

作為全球開發(fā)精密風(fēng)箏發(fā)電原型的“先驅(qū)者”之一，羅伯特-克萊頓創(chuàng)辦的WindLift公司從2005年開始開發(fā)風(fēng)箏發(fā)電系統(tǒng)，目前他們正在陸地上使用沖浪風(fēng)箏進(jìn)行發(fā)電試驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)用的發(fā)電系統(tǒng)包括一個(gè)90厘米直徑的滾筒和一個(gè)60千瓦發(fā)電機(jī)連接，風(fēng)箏通過繩索拉動(dòng)滾筒帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，然后通過控制線使風(fēng)箏釋放拉力，在這個(gè)過程中反過來用電機(jī)反轉(zhuǎn)滾筒并再次拉緊風(fēng)箏。

現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)面臨的問題是，在再次拉緊過程中，風(fēng)箏需釋放所有拉力或者最好讓拉力為負(fù)，即讓空氣把風(fēng)箏向下推，但風(fēng)箏只有完全收起翼展才能釋放繩索大部分拉力，科研人員因此使用了一種翅膀前面有一條細(xì)長(zhǎng)空氣泡的充氣風(fēng)箏，用來保持翅膀形狀。即便如此，翅膀還是過于靈活，再次拉緊時(shí)難以控制。