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风电新技术:风筝发电的三种方法

2013-06-18 11:57
FlappyBird
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  风筝是什么?最简单的风筝,是由小棍细绳彩纸扎成的花花绿绿的儿童玩具。

  大约20年前,越来越多的冲浪爱好者开始用大型风筝代替摩托艇拉着滑板冲浪,20平米大的风筝加上强度是钢索15倍的高科技绳索,可以让冲浪者飚出100公里开外的时速,或是飞到15米以上的空中再轻轻滑回水面。

  眼下,各国科研人员正在努力赋予风筝一项新的功能——让它成为高空风力发电平台。在可预见的未来,“风电风筝”将会飞入高空,将那里更强劲、更稳定的风能“捕获”回来。

  三种用风筝发电的方法

  根据记载,虽然早在十九世纪初就有人用大型风筝来拉小火车,但直到1980年左右,才有人着手研究风筝发电的可能性。

  开创这一领域理论研究的研究人员叫万里-劳埃德,他在加利福尼亚州的劳伦斯·利弗莫尔国家实验室里计算出,相比于悬在空中某一点,风筝在风中来回飞动能产生更大的能量,如果翼展能达到洛克希德C-5运输机机翼大小(68米长),理论上从每秒10米的风力中就能获得兆瓦级的能量,这已能与当今大型地面风力发电机相提并论。

  劳埃德提出两种风筝发电的方式:一是在风筝机翼上安装类似螺旋桨的涡轮机叶片,空气带动叶片旋转产生电能,然后通过导电的绳索将电能传送到地面,这种技术如今被昵称作“飞翔的发电机”;另一种方案是通过空中的风筝施加给控制绳索的力,带动地面设备发电。

  此外,后来还有人提出,涡轮叶片既作为能量收集装置,同时也是风筝的动力装置。

  与高塔、风车式样的传统风力发电机相比,这种“筝载”高空风力发电系统自有其优势:这种带绳索的飞行器能到达更高的空中,那里的风能更加强劲稳定。此外,因为不用建高塔支撑巨大的旋转叶片,这就大幅度削减了建设成本和安装时间。

  当然,与传统风电设备相比,尚处于实验室阶段的风筝发电系统还有很多难题要克服。譬如,在这种系统中,风筝作为风能采集器将高空风能转化为机械能,同时也是保持系统稳定的平衡器,但平衡运动与做功运动相互耦合、相互影响,很难设计出平衡与做功的最佳控制模式,系统复杂,持续性和稳定性难以保障。另外还要考虑安全问题,碰到雷雨天气,电站容易被“顺绳索而下”的雷电击毁。

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