據(jù)耶魯360網(wǎng)站報(bào)道，國際上許多公司正在開發(fā)空中發(fā)電技術(shù)，利用大型風(fēng)箏在距離地面半英里以上的空中收集風(fēng)能。雖然仍處于初級(jí)階段，但空中風(fēng)力發(fā)電技術(shù)潛力很大，有可能用于偏遠(yuǎn)地區(qū)，或從離岸較遠(yuǎn)的駁船上升空發(fā)電。
仰望毛里求斯的白色沙灘，你可能會(huì)看到一個(gè)巨大的8字型的帆，很像滑翔傘或風(fēng)箏沖浪者使用的那種帆，大小相當(dāng)于一套三居室的公寓。這不是旅游景點(diǎn)，而是為這個(gè)東非海岸島國的發(fā)電設(shè)施。由德國公司SkySails Power去年12月發(fā)射世界上第一個(gè)商業(yè)“空中風(fēng)能”(Airborne Wind Energy)系統(tǒng)。該公司表示，在過去兩個(gè)月里，這個(gè)系統(tǒng)的發(fā)電出力大約100千瓦，足以為50戶家庭供電。當(dāng)然，這只是該島電力需求的極小部分，但SkySails公司希望，這個(gè)技術(shù)是未來的一個(gè)發(fā)展方向。
隨著世界向凈零排放目標(biāo)邁進(jìn)，未來電力生產(chǎn)的幾乎每一條途徑都預(yù)見到風(fēng)能的巨大作用。國際能源協(xié)會(huì)(International Energy Association)預(yù)測，到2050年風(fēng)能將猛增11倍，風(fēng)能和太陽能共同占全球電力需求的70%。由于遍布全球的農(nóng)田和山脊線上的風(fēng)力渦輪機(jī)數(shù)量不斷增加，風(fēng)力發(fā)電的成本在過去十年中大幅下降了約40%。
但一些專家表示，這些大型風(fēng)力渦輪機(jī)并不總是最好的解決方案——可能成本高昂，或者不可能安裝在偏遠(yuǎn)地區(qū)或深水中，而且無法達(dá)到風(fēng)力最強(qiáng)的高空。要收獲這些空中能源，解決方法可能是“放風(fēng)箏”。數(shù)十家公司和部分學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)正在研發(fā)這樣的技術(shù)和設(shè)備，包括將拖船和風(fēng)箏繩上的拉力轉(zhuǎn)化為有用能量的軟翼，以及搭載渦輪機(jī)和發(fā)電機(jī)并將輸送電力的復(fù)雜飛行器。
空中風(fēng)能有一些關(guān)鍵的優(yōu)勢。在一些國家適合風(fēng)力發(fā)電場的土地越來越少：風(fēng)力發(fā)電場通常需要高達(dá)71英畝的土地來發(fā)電一兆瓦，而化石燃料發(fā)電廠只需要12英畝的土地，理想的風(fēng)電場地點(diǎn)最終會(huì)用光。而空中風(fēng)能系統(tǒng)可以達(dá)到800米高(半英里)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于最高的風(fēng)力渦輪機(jī)200到300米的頂端。據(jù)估計(jì)，高空風(fēng)力發(fā)電的理論全球極限約為地面風(fēng)力發(fā)電量的4.5倍。
空中風(fēng)能吸引人的是在材料的簡單性和成本方面。將發(fā)電風(fēng)箏帶到偏遠(yuǎn)地區(qū)相對(duì)便宜，也比較容易;這些系統(tǒng)裝在集裝箱中，可以在任何有道路或碼頭的地方放置。它們還可以被拴在深水中的錨定駁船上，而傳統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)在深水中無法站穩(wěn)。它們的高度是可適應(yīng)的，因此可以向上或向下移動(dòng)到風(fēng)力最大的地方，而風(fēng)力通常會(huì)隨著季節(jié)的變化而變化。空中風(fēng)電場可以容納數(shù)百只風(fēng)箏漂浮在離岸較遠(yuǎn)的深水駁船上，幫助偏遠(yuǎn)島嶼、臨時(shí)軍事設(shè)施或山區(qū)采礦作業(yè)供電。
這些想法已經(jīng)存在了幾十年，但使用風(fēng)箏或無人機(jī)捕捉風(fēng)能的道路并不平坦。例如，2020年一家被谷歌收購的航空風(fēng)能公司因工程師無法使其系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行而關(guān)閉了運(yùn)營。但其他追求更輕、更簡單的技術(shù)版本的公司，比如SkySails，現(xiàn)在正在走向商業(yè)化。2021年美國能源部向國會(huì)提交的報(bào)告得出結(jié)論，這一技術(shù)路徑具有很大的潛力，機(jī)載系統(tǒng)可能有能力獲得與美國地面風(fēng)系統(tǒng)相同數(shù)量的能量。但他們補(bǔ)充說：這項(xiàng)技術(shù)要成為美國能源解決方案的重要組成部分還有很長的路要走。
實(shí)際上，SkySails早在2001年就建造柔軟的風(fēng)箏翅膀，在海上拉動(dòng)船只。其想法是機(jī)翼可以像古代的帆一樣，幫助大幅降低船舶的燃料需求。這是一個(gè)超前的概念，但SkySails預(yù)計(jì)油價(jià)將繼續(xù)上漲，使其產(chǎn)品更具吸引力。現(xiàn)在，隨著聯(lián)合國國際海事組織(International Maritime Organization)對(duì)船舶減排提出了更嚴(yán)格的要求，其他公司，包括空客(Airbus)的子公司也在制造拖船翼發(fā)電設(shè)施。
和其他幾個(gè)正在開發(fā)的系統(tǒng)一樣，SkySails的系統(tǒng)依靠一個(gè)大約150平方米的降落傘式機(jī)翼在風(fēng)中飛行。空中沒有渦輪機(jī)，繩子也不是電線。取而代之的是，能量是在地面上由纜繩上的拖船產(chǎn)生的。系統(tǒng)以8字形模式自主地放風(fēng)箏，以獲得產(chǎn)生能量的最大拉力。然后，該系統(tǒng)會(huì)改變機(jī)翼的飛行模式，以便以最小的阻力將其拉入，并消耗一點(diǎn)能量將其卷回。這種模式會(huì)重復(fù)，產(chǎn)生的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過消耗的能量。
聽起來很簡單，發(fā)電系統(tǒng)也很標(biāo)準(zhǔn)。但SkySails的首席技術(shù)官斯蒂芬·布拉貝克(Stephan Brabeck)表示，該團(tuán)隊(duì)花了大約7年的時(shí)間來完善飛行系統(tǒng)，尤其是為了讓發(fā)電機(jī)翼能夠安全著陸并自主發(fā)射。布拉貝克說，他們現(xiàn)在已經(jīng)制造并銷售了五臺(tái)，其中毛里求斯是第一臺(tái)投入使用的。由于暴雨、不合適的風(fēng)或雷雨，機(jī)翼每年必須著陸14次。航空工程師布拉貝克(Brabeck)說，偶爾會(huì)有颶風(fēng)，機(jī)載系統(tǒng)可以在地面上經(jīng)受住，這使得該島不適合使用傳統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)。
布拉貝克說，與傳統(tǒng)渦輪機(jī)相比，風(fēng)帆對(duì)天際線的干擾更小，也更安靜。他說，對(duì)于目前從柴油發(fā)電機(jī)每千瓦時(shí)支付超過30美分的成本來說，這都是有經(jīng)濟(jì)意義的。但也有挑戰(zhàn)。法吉亞諾說，風(fēng)力渦輪機(jī)可以殺死或傷害候鳥，鳥類對(duì)這些風(fēng)箏的反應(yīng)“尚未得到很好的研究”。任何此類系統(tǒng)上的系繩理論上都可能絆倒無人機(jī)甚至小型飛機(jī)。如果纜繩斷裂或?qū)Ш较到y(tǒng)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)可能會(huì)墜地。
無論是谷歌還是其他公司，現(xiàn)在都在尋找更好的解決方案。這包括總部位于荷蘭的Kitepower，它在加勒比海有一個(gè)項(xiàng)目，以及總部位于挪威的Kitemill，它的目標(biāo)是制造兆瓦級(jí)系統(tǒng)。SkySails計(jì)劃在美國中西部地區(qū)測試一個(gè)機(jī)載風(fēng)電場的概念，然后再搬到海上。
隨著商業(yè)活動(dòng)的增加，最大的障礙之一是監(jiān)管：空域規(guī)則的設(shè)計(jì)不是為了適應(yīng)這些發(fā)電風(fēng)箏。但是這是雞和蛋的問題：只要沒有技術(shù)，他們就不會(huì)制定法規(guī);沒有法規(guī)，公司很難籌集資金。隨著首批商業(yè)試點(diǎn)產(chǎn)品的推出，在偏遠(yuǎn)地區(qū)，空中發(fā)電成本已經(jīng)相當(dāng)具有競爭力。如果空中風(fēng)力系統(tǒng)開始大規(guī)模生產(chǎn)，毫無疑問將生產(chǎn)出價(jià)格合理的能源。
