全球首艘風(fēng)箏發(fā)電機(jī)揭秘
來源:童年網(wǎng) 文章作者:編輯 2010-07-20 14:23:25
首艘以風(fēng)箏拉動的船于2008年1月起航,現(xiàn)在,用風(fēng)箏發(fā)電也將成為現(xiàn)實(shí)。目前,全球風(fēng)電資源5萬兆瓦,相當(dāng)于50個大型核電站的發(fā)電能力。當(dāng)一臺直徑100米的木馬風(fēng)箏把風(fēng)能轉(zhuǎn)化為5億瓦的電能,風(fēng)電產(chǎn)業(yè)將發(fā)生巨變。風(fēng)將化為無窮電力從天而來。
在西伯利亞的荒原上,一臺直徑9米的卷揚(yáng)機(jī)緩緩放出直徑0.5米粗的鋼索。鋼索的另一端是50張自上而下排列成一串的風(fēng)箏,它們每張都有足球場那么大,像是一排飽滿的風(fēng)帆欲牽引著大地駛向天空。在這個俄羅斯物理學(xué)家波德哥茨所設(shè)計(jì)的風(fēng)箏發(fā)電場景中,這組風(fēng)箏將被放到6000米高空做垂直運(yùn)動積累能量,好像一座巨大的通天梯,讓西伯利亞高空的狂風(fēng)化身100兆瓦的電能走下人間。
旋轉(zhuǎn)木馬放風(fēng)箏
旋轉(zhuǎn)木馬和風(fēng)箏組合而成的發(fā)電機(jī)更為輕巧。意大利巨杉公司的設(shè)計(jì)的KiteGen,把旋轉(zhuǎn)的12組風(fēng)箏放到2000米的高空收集風(fēng)力,來牽引一個直徑100米的旋轉(zhuǎn)木馬轉(zhuǎn)盤進(jìn)行發(fā)電。波德哥茨的天梯風(fēng)箏排列成一排做上下運(yùn)動,不存在朝不同方向轉(zhuǎn)的問題。一架風(fēng)車的全部扇葉也可以被設(shè)計(jì)成相同的偏折角度。而讓這12組風(fēng)箏向同一個方向運(yùn)動則是個技術(shù)難題。KiteGen的主設(shè)計(jì)師,48歲的馬西莫?伊波利托是一個極限運(yùn)動愛好者,經(jīng)常會在周末去都靈郊外玩懸掛式滑翔。他由懸掛式滑翔傘的手動方向控制原理得到靈感,用一對高阻電纜傳送地面控制信號來控制風(fēng)箏的方向和角度。風(fēng)箏本身的設(shè)計(jì)借鑒了他熱衷的另一項(xiàng)運(yùn)動 沖浪。風(fēng)箏牽引沖浪所用的風(fēng)箏重量輕、升空能力高、抵抗力超強(qiáng),與KiteGen所用風(fēng)箏的要求很相似。
“這個旋轉(zhuǎn)木馬還可以設(shè)計(jì)的更大一些,不必?fù)?dān)心動力問題。”伊波利托表示,更大尺寸的轉(zhuǎn)盤上面可以配制更多組風(fēng)箏來收集風(fēng)動力。根據(jù)巨杉公司的估計(jì),直徑100米的木馬風(fēng)箏發(fā)電機(jī)可以轉(zhuǎn)化5億瓦的能量,堪比一座核電站。
不過,這座木馬風(fēng)箏發(fā)電機(jī)目前還只是停留在繪圖板上的一個概念,專家在進(jìn)一步研究其可行性。要在哪里安置這臺俏皮的大型旋轉(zhuǎn)木馬也是個問題。與游樂園的木馬不同,KiteGen必須拿到空域許可證,才可把12組風(fēng)箏放上天空。伊波利托眨眨眼說:“把它造到特里諾維切累斯核電站去吧,那里早已是禁飛區(qū)了。”
伊波利托很快就可以在意大利見到自己設(shè)計(jì)的木馬風(fēng)箏發(fā)電機(jī)了。有意在風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)有所發(fā)展的都靈公用事業(yè)公司與巨杉簽訂了技術(shù)合作協(xié)議,并將承擔(dān)40%的樣機(jī)制造費(fèi)用。這家公司距離意大利主要進(jìn)行風(fēng)車發(fā)電的沿海地區(qū)較遠(yuǎn),因此寄希望于高空風(fēng)能的開發(fā)。
高空風(fēng)電場
世界各國都在關(guān)注高空風(fēng)能的開發(fā)。低空的風(fēng)力并不恒定可靠,因此,一般風(fēng)力發(fā)電站通常都設(shè)在可獲得持續(xù)風(fēng)能的高地或者海邊。并且,為了提高風(fēng)輪機(jī)的發(fā)電量,風(fēng)車也越造越高,在夏威夷珍珠港北岸的世界上最大的風(fēng)輪機(jī)高達(dá)122米。
澳大利亞悉尼科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)教授布萊恩?羅伯茨表示:“海拔4600米到1萬米的高空,氣流強(qiáng)勁而穩(wěn)定,是理想的空中風(fēng)電廠!碑(dāng)巨杉公司在意大利尋找建造木馬風(fēng)箏的合適地點(diǎn)時(shí),在美國加利福尼亞和圣地亞哥,羅伯茨與另外三個工程師啟動試驗(yàn),推出了他的“高空風(fēng)車場”計(jì)劃。
在“風(fēng)車場”里,風(fēng)箏與風(fēng)車發(fā)電機(jī)的主要組件風(fēng)輪機(jī)被設(shè)計(jì)在一起,主要發(fā)電設(shè)備將全部被放上高空,就像一只真正的風(fēng)箏。這只風(fēng)箏有一個H型的巨大支架,支架上安裝著發(fā)電機(jī),支架的四端分別還有四個大型風(fēng)輪機(jī)。這四個風(fēng)輪機(jī)可像直升機(jī)螺旋槳一樣旋轉(zhuǎn),帶著發(fā)電機(jī)飛向高空。羅伯茨可以通過風(fēng)箏上的全球定位系統(tǒng)確定其方位,在理想的高度利用風(fēng)輪機(jī)的電腦輔助控制儀調(diào)整風(fēng)箏迎風(fēng)傾斜的角度。當(dāng)風(fēng)箏最終懸停在1萬米高空時(shí),地面電站停止供電,此時(shí)時(shí)速近320公里的強(qiáng)勁氣流會吹動風(fēng)車葉片發(fā)電。把風(fēng)箏與地面緊密維系的是特制的電纜,將轉(zhuǎn)化的電能以2萬伏的高壓通過兩根鋁絲輸送到地面。
為了把這套復(fù)雜的設(shè)備送上天,羅伯茨必須盡量減輕它的體重。采用碳纖維、鋁和玻璃纖維等材料制造的風(fēng)輪機(jī)重約2噸。當(dāng)這只超過8噸的“超級風(fēng)箏”在萬米高空遇到320公里/小時(shí)的強(qiáng)風(fēng)時(shí),電纜核心直徑7.6厘米的超輕纖維纜繩可以保證它不被吹走。這種超輕纖維也被用來制造NASA的航天飛船的安全氣囊。
在1萬米的高空,大氣環(huán)流永遠(yuǎn)不會停息。羅伯茨估計(jì)自己的風(fēng)箏發(fā)電機(jī)“比起經(jīng)常因?yàn)闊o風(fēng)而在地面上閑置的風(fēng)車,發(fā)電能力高出3倍”。而且高空可以不受地形地勢等地理環(huán)境的限制進(jìn)行電力輸送,也大大降低了成本。據(jù)估計(jì),300個這樣的發(fā)電風(fēng)箏在200平方公里的空域組成一個“高空風(fēng)車場”,就足以供應(yīng)整個芝加哥市的電力需求。
羅伯茨表示用這臺“高空風(fēng)車”來發(fā)電,每度電的生產(chǎn)成本不到2美分。而意大利巨杉公司在計(jì)算了木馬風(fēng)箏發(fā)電機(jī)的制造成本后,也宣布他們的成本不到1歐分/度。高空的風(fēng)能在被人類成功駕馭后,展現(xiàn)出其低廉成本和恒定產(chǎn)能效率的優(yōu)勢,伊波利托說:“我稱之為一場革命,高空風(fēng)能將會是未來新能源的一部分。風(fēng)電可能會因此成為未來能源產(chǎn)業(yè)的主體!
目前,風(fēng)電已經(jīng)是全球范圍內(nèi)發(fā)展速度最快的能源產(chǎn)業(yè),10年來它以每年30%的速度增長。全球現(xiàn)有風(fēng)電資源5萬兆瓦,約等于50個大型核電站的發(fā)電能力。
風(fēng)電時(shí)代的來臨
中國的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)起步較晚,不過最近兩年開始高速增長,增長速度超過100%。2007年,中海油在威海建成110萬千瓦的全球最大海上風(fēng)電站。同年,海南5座風(fēng)電場開工,重慶也建成1座風(fēng)電場并計(jì)劃發(fā)展成西部風(fēng)電城……2007年我國風(fēng)電新裝機(jī)328萬千瓦,僅次于美國和西班牙,成為世界風(fēng)電增長最快的國家之一。
中國的風(fēng)能總儲量雖然達(dá)到約43.5億千瓦,但是目前技術(shù)條件下可開發(fā)和利用的只有7億~12億千瓦。在開發(fā)新能源的過程中縮減耕地資源 建設(shè)大規(guī)模的風(fēng)力發(fā)電場可能占用大量耕地,這也是中國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。新疆吐魯番市的李曉冬十多年來一直想要嘗試風(fēng)箏發(fā)電:“倒沒有什么研究成果,就是覺得這會是個不錯的點(diǎn)子,所以想和人講講。”
風(fēng)電時(shí)代正在全面到來,目前全世界有許多關(guān)于風(fēng)箏發(fā)電的好點(diǎn)子。荷蘭代爾夫特工業(yè)大學(xué)曾有一個“梯式電站”的研究項(xiàng)目,他們設(shè)想把一組大風(fēng)箏用纜繩串連成風(fēng)箏環(huán)放飛到幾千米的高空,由電腦控制使風(fēng)箏環(huán)一邊比另一邊獲得的風(fēng)力高出更多,而帶動整個風(fēng)箏環(huán)旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的動力傳遞到地上的發(fā)電機(jī),轉(zhuǎn)化成電能。而加拿大的飛艇工程師佛瑞德?費(fèi)格斯則把飛艇和風(fēng)車組合成“飛艇風(fēng)車”,利用飛艇把桶形風(fēng)車帶到45米~120米的空中收集風(fēng)力再由電纜輸送到地面發(fā)電。這種“飛艇風(fēng)車”被設(shè)計(jì)的很小,比較適合家庭使用。德國科學(xué)家想要設(shè)計(jì)出專供家庭使用的小型風(fēng)箏發(fā)電設(shè)備:把發(fā)電機(jī)安裝在房頂,然后把風(fēng)箏放飛到100米的高處收集風(fēng)能,用來供給家庭所需的不到幾千瓦的電力。
然而,這些好點(diǎn)子并非都能得到實(shí)現(xiàn)。“梯式電站”已經(jīng)停止研究,而“飛艇風(fēng)車”也依然停留在設(shè)計(jì)圖紙上。羅伯茨的“高空風(fēng)車實(shí)驗(yàn)機(jī)”雖然已在地面風(fēng)洞試驗(yàn)中成功,然而他至今仍無法籌集到制造和試驗(yàn)原型機(jī)的所需的400萬美元資金,“高空風(fēng)車場”計(jì)劃遭到投資者的冷遇。羅伯茨自嘲道:“他們可能更愿把錢花在有保險(xiǎn)收益的能源大工程上。”
伊波利托則樂觀得多,他認(rèn)為風(fēng)箏發(fā)電設(shè)備覆蓋區(qū)域小,卻可產(chǎn)生巨大能量,優(yōu)于諸如滑翔機(jī)發(fā)電機(jī)和風(fēng)車等類似項(xiàng)目,在未來必將成為首選的風(fēng)電設(shè)備:“即使設(shè)計(jì)無法立刻化為產(chǎn)品,我們?nèi)匀粦?yīng)該相信自己的想象力。只要找到恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)來規(guī)范,它會立即變成強(qiáng)大的生產(chǎn)動力。”
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