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发表于 2015-11-24 16:35:56 | 显示全部楼层 |阅读模式
风力发电作为可再生能源非常火,非常被看好,但是也遭遇了困境。

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风力发电大家不陌生,然而有一种风力发电的方式是放风筝。这种能源风筝到底只是一种奇技淫巧,还是代表着未来?它又是怎么工作的?


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现在风力发电的困境


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能源风筝之所以会出现,主要是现在的风力发电遇到了一个问题。如下图:


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上图表示,从1995年到2010年,风力发电机越做越大,越做越高,且越来越昂贵。到2010年,风力发电机的高度达到80米。


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上图表示,从2010年到2015年,风力发电机继续越做越大,越做越高,到2015年时,风力发电机的高度达到120米,有的甚至更高。


问题来了,难道风力发电的未来就是把发电机越做越高?是的!但以目前的方式根本办不到。常规风力发电机做得越高,成本会急剧上升。最终,会因为成本问题,长期停留在某个高度,只有经过漫长的等待,某些技术突破后,风力发电机的高度才可能增高。


因此,目前的常规风力发电机,要想增高,已经变得很难很难了。


但是,为什么非要建得高高的呢?显而易见,绝大多数情况下,同一地方,随着高度的增加,风速也会急剧增加。


怎么办呢?放个风筝怎么样?


来自Google X 的项目


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上面的动图中,左边的代表常规的风力发电机,在100米的高度,其风能密度只有240瓦每平方米。右边的是以放飞风筝的方式发电,在250米的高度,其风能密度达到355瓦每平方米。


风筝型风力发电机是来自Google X的一个项目。起初,风筝发电机是来自创业公司Makani Power的创意,2006年时Google投资了Makani Power公司 1000万美元,2008年又投500万美元,后来,也就是2013年5月,Google决定玩大的,要自己搞,于是收购了Makani Power公司。


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风筝型风力发电机


它是怎么放飞的


显然,不是一个人拉着它狂跑然后起飞,这种风筝发电机有好几个螺旋桨,在平地上,通过连接地面装置的“风筝绳”给其供电,然后起飞,到了高空,它就迎风飞起来了,如下图:


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那么,它又是怎么发电的


第一代的风筝发电机长约9米,配有4个螺旋桨,升空时,螺旋桨提供动力,飞到高空后,最高能飞行到700米左右的高空进行作业。由于高空气流大且较地面稳定,风筝发电机依靠风就能在空中停留,此时,那4个螺旋桨转变成风力发电机,而发出来的电,则通过“风筝绳”传到地面。


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风筝发电机并不是老老实实地呆在天上,通过软件控制,它会做大盘旋!


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最后,没风了怎么办?遇到雷雨交加又如何?这些都不是问题,别忘了,地面可以通过“风筝绳”,反向给其供电,遇到没风或者雷雨交加时,它能返回地面。


总的系统组成

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从上面的介绍我们得知,风筝发电系统由四个部分组成:


一:风筝,主体由轻而结实的碳纤维材料制成,上面配备类似直升机一样的螺旋桨,在起飞以及降落返回地面时,螺旋桨提供升力,一旦风筝在高空稳定飞行,大风迫使螺旋桨高速旋转,驱动发电机产生电力,然后向下通过系绳传到电网。


二:系绳,由高强度材料制成,连接风筝和地面站,并在两者之间传输电力和通信。


三、地面站,相比常规的大型风力发电机,其地面站要小得多,可以由卡车运送到风力丰富的对方,便于快速部署。


四、计算机系统,内置全球定位系统和其它传感器,能实时计算出高空的最强风力区域,并引导风筝发电机产生最大的电力。


发电功率如何


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第二代风筝型风力发电机


第一代原型机只有9米长,仅配有4个螺旋桨。而第二代接近26米长,配有8个无刷直流发电机。额定功率600千瓦,这意味着,如果按照目前普通家庭的平均用电,一个风筝发电机在空中停留一个小时,就能满足一个家庭一年的用电量。虽然传统的风力发电机最大能够产生3000千瓦以上的功率,但是它的代价也很大,比如建造成本高昂,可部署的地方有限等等。


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上图表示,在100米高度,全球可部署传统风力发电机的区域。

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上图表示,在250米高空,全球可部署的风筝发电机的区域。


考虑过小鸟们的安全吗


这么一个大东西,它在天上高速盘旋,考虑过小鸟们的感受吗?这要是撞上去,鸟命还有乎?


这个不用太担心,一是,这种风筝发电机,最终成型后,其所在空域高度为六七百米左右,而普通鸟类的飞行高度大约300米以下;二是,小鸟们也不是什么糊涂蛋,它们飞的时候,也是很用心的,不会眼睁睁撞上去。三是,可以通过其它措施,比如在“风筝绳”上使用亮丽的颜色,或者夜晚时使用led小灯警示。


那么飞机呢


客机的飞行高度大多在6000米至12000米,而发电机的高度在700米左右。在飞行中,飞机没有撞击的危险,只有起飞和降落时危险才存在,除非是想钱想疯了,否则谁也不可能把这种风筝发电机安装在机场附近。


对于直升机来说,危险性显然要大一些,但也不是不可解决,一是发电厂的场地大多选择在人迹罕至的地方;二是,如果这种风筝型的发电机安装量很大,那么,相信将会有一个健全的警示措施来防止误撞。最后,这种技术还在不断探索阶段,相信以后,若是商用了,还会有其他更成熟的解决方案。


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第二代配有8个无刷直流发电机


从公元前开始,人类就开始在使用风能,比如帆船。如今,作为一种可再生的清洁能源,技术的进步让我们得以更加充分地利用它,风筝型发电机作为技术创新的一种,无论其未来前途如何,它都已经为我们打开了一种高效利用风能的思路。



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