工控摘要：眼下，各國科研人員正在努力賦予風(fēng)箏一項新的功能——讓它成為高空風(fēng)力發(fā)電平臺。
　　
　　在可預(yù)見的未來，“風(fēng)電風(fēng)箏”將會飛入高空，將那里更強勁、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*-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(fēng)箏在風(fēng)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?。?8米長），理論上從每秒10米的風(fēng)力中就能獲得兆瓦級的能量，這已能與當今大型地面風(fēng)力發(fā)電機相提并論。
　　
　　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(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”;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，同時也是風(fēng)箏的動力裝置。
　　
　　與高塔、風(fēng)車式樣的傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機相比，這種“箏載”高空風(fēng)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(fēng)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(shè)成本和安裝時間。
　　
　　當然，與傳統(tǒng)風(fēng)電設(shè)備相比，尚處于實驗室階段的風(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(shè)計出平衡與做功的*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
　　
　　作為開發(fā)精密風(fēng)箏發(fā)電原型的“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(fēng)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(fēng)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(fēng)箏。
　　
　　現(xiàn)在實驗面臨的問題是，在再次拉緊過程中，風(fēng)箏需釋放所有拉力或者讓拉力為負，即讓空氣把風(fēng)箏向下推，但風(fēng)箏只有*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(fēng)箏，用來保持翅膀形狀。即便如此，翅膀還是過于靈活，再次拉緊時難以控制。
　　
　　WindLift的風(fēng)箏用的是更接近傳統(tǒng)風(fēng)箏的纖維翅膀，而它的部分競爭對手則根據(jù)第三種風(fēng)箏發(fā)電的思路，研究使用剛性翅膀，這種設(shè)計思路更貴、著陸時更易損壞，但剛性翅膀比纖維翅膀更符合空氣動力學(xué)，能從風(fēng)中獲得更多能量。
　　
　　位于加利福尼亞州的MakaniPower公司就是這種思路的“”之一。他們制造的大型碳復(fù)合材料風(fēng)箏，配備4臺帶螺旋槳的發(fā)電機。起飛時，發(fā)電機作為電動機帶動螺旋槳轉(zhuǎn)動，作為風(fēng)箏上天的動力;起飛后，產(chǎn)生的升力很快能讓風(fēng)箏不需要其他助力飛行，一旦風(fēng)帶來的推力和螺旋槳拉力平衡，發(fā)電機就開始發(fā)電。
　　
　　去年，Makani推出了額定功率30千瓦的風(fēng)箏發(fā)電系統(tǒng)原型。據(jù)了解，它的zui終目標是在海上部署成型的風(fēng)箏發(fā)電系統(tǒng)，并將生產(chǎn)的電能接入電網(wǎng)。
　　
　　“天時地利”優(yōu)勢該怎么用
　　
　　在高空風(fēng)電領(lǐng)域，國外科研機構(gòu)擁有“先發(fā)優(yōu)勢”，占據(jù)著“天時地利”優(yōu)勢的中國，前景同樣看好。
　　
　　據(jù)統(tǒng)計，各大地面風(fēng)力發(fā)電站的風(fēng)力密度平均低于1千瓦/平方米，紐約上空急流附近風(fēng)力密度可達到16千瓦/平方米，中國陸地上空萬米高空處大部分地區(qū)風(fēng)力密度均超過5千瓦/平方米，而浙蘇魯?shù)貐^(qū)上空高空急流附近風(fēng)力密度甚至達到30千瓦/平方米，為世界之zui。
　　
　　憑借“地利”，近年來國內(nèi)也有部分企業(yè)開始涉足高空風(fēng)電項目。
　　
　　2009年11月，我國*高空風(fēng)能發(fā)電研發(fā)中心“廣東高空風(fēng)能技術(shù)有限公司”落戶廣州，公司計劃利用特制大風(fēng)箏，在幾千米至上萬米的高空，利用風(fēng)能和自身重力上下升降，用產(chǎn)生的拉力帶動地面發(fā)電機發(fā)電，公司制定的近期目標是：建造2兆瓦產(chǎn)業(yè)化樣機，建設(shè)10兆瓦中高空風(fēng)能發(fā)電示范電站。
　　
　　在公司上，記者看到，該公司使用的技術(shù)叫“傘梯組合風(fēng)能采集技術(shù)”，高空風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)采用模塊組合結(jié)構(gòu)，將升力平衡系統(tǒng)和做功系統(tǒng)相互分開、分別控制。目前，公司已研制出*臺高空風(fēng)能發(fā)電原理樣機“天風(fēng)一號”，整套系統(tǒng)安裝在一臺經(jīng)過改裝的卡車上，經(jīng)過數(shù)月的發(fā)電試驗，樣機整體性能基本達到設(shè)計要求。此外，作為“天風(fēng)一號”的放大和組合型，“天風(fēng)二號”系統(tǒng)目前已完成2兆瓦級產(chǎn)業(yè)化基本機型整體概念設(shè)計。
　　
　　然而，據(jù)報道，由于目前這一領(lǐng)域在世界范圍內(nèi)缺乏相關(guān)標準，再加上該項目離產(chǎn)業(yè)化“還有一定距離”，盡管這個*研發(fā)中心前景廣闊，但想要申請當?shù)卣Y金支持卻一直很困難。