風電新技術(shù)：風箏發(fā)電的三種方法

北極星風力發(fā)電網(wǎng)訊:風箏是什么?最簡單的風箏，是由小棍細繩彩紙扎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箏代替摩托艇拉著滑板沖浪，20平米大的風箏加上強度是鋼索15倍的高科技繩索，可以讓沖浪者飚出100公里開外的時速，或是飛到15米以上的空中再輕輕滑回水面。

眼下，各國科研人員正在努力賦予風箏一項新的功能——讓它成為高空風力發(fā)電平臺。在可預見的未來，“風電風箏”將會飛入高空，將那里更強勁、更穩(wěn)定的風能“捕獲”回來。

三種用風箏發(fā)電的方法

根據(jù)記載，雖然早在十九世紀初就有人用大型風箏來拉小火車，但直到1980年左右，才有人著手研究風箏發(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·利弗莫爾國家實驗室里計算出，相比于懸在空中某一點，風箏在風中來回飛動能產(chǎn)生更大的能量，如果翼展能達到洛克希德C-5運輸機機翼大小(68米長)，理論上從每秒10米的風力中就能獲得兆瓦級的能量，這已能與當今大型地面風力發(fā)電機相提并論。

勞埃德提出兩種風箏發(fā)電的方式：一是在風箏機翼上安裝類似螺旋槳的渦輪機葉片，空氣帶動葉片旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生電能，然后通過導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”;另一種方案是通過空中的風箏施加給控制繩索的力，帶動地面設備發(fā)電。

此外，后來還有人提出，渦輪葉片既作為能量收集裝置，同時也是風箏的動力裝置。

與高塔、風車式樣的傳統(tǒng)風力發(fā)電機相比，這種“箏載”高空風力發(fā)電系統(tǒng)自有其優(yōu)勢：這種帶繩索的飛行器能到達更高的空中，那里的風能更加強勁穩(wěn)定。此外，因為不用建高塔支撐巨大的旋轉(zhuǎn)葉片，這就大幅度削減了建設成本和安裝時間。

當然，與傳統(tǒng)風電設備相比，尚處于實驗室階段的風箏發(fā)電系統(tǒng)還有很多難題要克服。譬如，在這種系統(tǒng)中，風箏作為風能采集器將高空風能轉(zhuǎn)化為機械能，同時也是保持系統(tǒng)穩(wěn)定的平衡器，但平衡運動與做功運動相互耦合、相互影響，很難設計出平衡與做功的最佳控制模式，系統(tǒng)復雜，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)風箏發(fā)電系統(tǒng)，目前他們正在陸地上使用沖浪風箏進行發(fā)電試驗。

實驗用的發(fā)電系統(tǒng)包括一個90厘米直徑的滾筒和一個60千瓦發(fā)電機連接，風箏通過繩索拉動滾筒帶動發(fā)電機發(fā)電，然后通過控制線使風箏釋放拉力，在這個過程中反過來用電機反轉(zhuǎn)滾筒并再次拉緊風箏。

現(xiàn)在實驗面臨的問題是，在再次拉緊過程中，風箏需釋放所有拉力或者最好讓拉力為負，即讓空氣把風箏向下推，但風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長空氣泡的充氣風箏，用來保持翅膀形狀。即便如此，翅膀還是過于靈活，再次拉緊時難以控制。