潛力驚人的高海拔風力發(fā)電

5月5日，據(jù)BBC報道，越來越多的公司認為有線的風箏和無人機將會充分利用高海拔的風力，釋放出風力發(fā)電的全部潛力。

根據(jù)美國能源情報署最近公布的數(shù)據(jù)，2018年風電產(chǎn)生的電力是2008年的五倍。然而，它仍然只占世界總電力的4％左右。

有人認為風不是一直存在的，所以這種形式的可再生能源并不可靠。

潛力驚人的高海拔風力發(fā)電

不過，海拔較高的風（超過500米）會更強勁、更持久。來自加利福尼亞州勞倫斯利弗莫爾國家實驗室在2012年的一項研究發(fā)現(xiàn)，僅依靠高海拔風發(fā)電，就可以提供全球能源需求的100倍。

歐洲風力發(fā)電貿(mào)易協(xié)會的Udo Zillmann指出，為了在更高的海拔進行風力發(fā)電，如今的風力渦輪機越來越高大，這意味著需要建造更加巨大且昂貴的塔樓。

他補充道，高科技無人機和風箏現(xiàn)正逐漸被認為是成本更低的替代品?！帮L力發(fā)電只需要一個簡約的渦輪機裝置，僅包含直徑為幾厘米的葉片和系繩等重要組件，”他解釋說，“這些系統(tǒng)只需要1％到10％的材料用于建造渦輪機，如果需要也可以接地，例如為了方便遷徙的鳥類通過?！?/p>

發(fā)電的風箏

Makani隸屬于谷歌的母公司Alphabet旗下，是高海拔風力發(fā)電領(lǐng)域的公司之一。這家公司將巨大的原型風箏拴在地上，由使用GPS和其他傳感器的飛行計算機引導(dǎo)成回路。當風箏完成其循環(huán)時，分布在26米長的機翼上的轉(zhuǎn)子在風中旋轉(zhuǎn)，為發(fā)電機提供動力，并沿著系繩向電網(wǎng)發(fā)電。

Makani目前的原型已經(jīng)進入測試階段，2015年設(shè)計的該原型能生產(chǎn)高達600千瓦的電力，足以為300個家庭供電。

另外，Makani還在于與能源巨頭Shell合作，即將試驗一種安裝在浮動浮標上的新型海上系統(tǒng)。

該公司首席執(zhí)行官Fort Felker表示：“我們計劃將Makani的風箏安裝在一個用合成線和重力錨固定的小型翼梁浮標上，我們認為這是可行的，因為Makani的風箏比類似額定功率的渦輪機輕90％。這是一項激動人心的技術(shù)挑戰(zhàn)?！?/p>

從管理角度來看，在海上放置發(fā)電風箏或無人機是有意義的，因為它們可以在每個方向飛行600米。

Zillmann指出：“你需要一個巨大的區(qū)域來操作一臺設(shè)備，這也是許多公司尋求海外業(yè)務(wù)的原因之一?！?/p>

發(fā)電的無人機

不過，也有一些公司致力于在陸地上使用風力發(fā)電無人機，例如瑞士初創(chuàng)公司Skypull開發(fā)了一種自動無人機，可以飛行高達600米，這大約是傳統(tǒng)風力渦輪機高度的三倍。它目前的原型是一種剛性機翼，多直升機“箱翼”無人機，它可以自行起降，無需發(fā)射器或地面風。

該無人機起飛是由電池供電的，但是一旦在空中，每當風箏朝向地面時，電池就會重新充電。

Skypull的首席執(zhí)行官尼古拉莫納（Nicola Mona）解釋說：“一旦它爬升到工作高度，無人機就會從垂直位置旋轉(zhuǎn)90度到風箏模式，然后在系繩上產(chǎn)生牽引力，系繩連接到與發(fā)電機相連的絞車上。這是一個讓我們能夠在任何地方飛越地面200米到600米的系統(tǒng)?！?/p>

莫納補充道，早期使用可能僅限于較小的項目，但他相信Skypull系統(tǒng)有朝一日可用于滿足大規(guī)模的能源需求。他認為，在中期，他們的技術(shù)可以被用于遠程離網(wǎng)系統(tǒng)，例如采礦作業(yè)和救災(zāi)項目。但從長遠來看，他預(yù)計大型風電場能夠產(chǎn)生高達100兆瓦的電力。

其他的陸上高空風力發(fā)電公司還有總部位于馬薩諸塞州的Altaeros Energies，該公司于2015年吸引了三菱重工的投資，其浮力式機載渦輪機采用氦氣填充的外殼，將風力渦輪機提升至地面以上600米，旨在為全世界數(shù)十億沒有可靠電力和互聯(lián)網(wǎng)接入的人提供電力、電信和其他服務(wù)。

不過與現(xiàn)有的渦輪機相比，這種系統(tǒng)的最大缺點是它們難以產(chǎn)生足夠多的電力。例如，Makani大型無人機產(chǎn)生的發(fā)電量比目前正在開發(fā)的最大海上渦輪機（發(fā)電量12兆瓦）少20倍。所以，你需要數(shù)百個無人機才能產(chǎn)生足夠的電力來為小城市供電。

因此，Zillmann將它們視為“傳統(tǒng)風車數(shù)字化的下一步”，并期望它們與傳統(tǒng)的風力渦輪機塔架同時使用“很長一段時間”。

太陽能產(chǎn)業(yè)何去何從

Zillmann總結(jié)道：“風能、太陽能和水能等可再生能源絕對能夠滿足全世界的能源需求，而無人機可以幫助我們實現(xiàn)這一目標。”

水力發(fā)電需要建造大型的水電站，世界最大的水電站——三峽水電站就是利用水力發(fā)電，這個工程耗資千億，成本實在太大，盡管帶來的收益可觀的。

如果未來無人機或風箏捕捉到的高海拔風能足以供應(yīng)全世界的用電，那么太陽能產(chǎn)業(yè)或許將真正意義上的成為朝陽產(chǎn)業(yè)，預(yù)計只有在航空航天這樣無風的場景才會被用到。

目前太陽能面板已經(jīng)嚴重供過于求，面板價格下跌超過26%，已經(jīng)開始有太陽能硅晶圓廠宣布停產(chǎn)，再加上半導(dǎo)體行業(yè)開始低迷，太陽能產(chǎn)業(yè)似乎已經(jīng)開始搖搖欲墜了。若風力發(fā)電能夠克服技術(shù)難度并不斷完善，那么預(yù)計該產(chǎn)業(yè)將會搶走原本屬于太陽能產(chǎn)業(yè)的未來。