原標(biāo)題：你看那只追風(fēng)的風(fēng)箏，它好像是在發(fā)電？
風(fēng)作為一種能源，很早就被人們利用了起來。而世界上最會(huì)用風(fēng)的國家，大概非荷蘭莫屬。
荷蘭由于其特殊的地理位置，常年盛行西風(fēng)。再加上國內(nèi)資源缺乏，風(fēng)就被荷蘭人民充分利用了起來。他們做了大風(fēng)車，用來取水、灌溉、脫粒、榨油等，也因此形成了本國獨(dú)特的風(fēng)車文化。而到了現(xiàn)代，荷蘭人更是把握住了風(fēng)力發(fā)電的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，比如他們國家的火車用電就全部來自風(fēng)力發(fā)電。
放眼全球，雖然一直在增長(zhǎng)，但風(fēng)力發(fā)電占比仍然不高，其排在化石燃料、核能、水能之后，占比還不到5%。但風(fēng)力發(fā)電擁有清潔環(huán)保和較大的成本下降的潛力，其在未來發(fā)電格局中地位將更加重要。但依靠每年那么點(diǎn)裝機(jī)量的增加，似乎很難在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)逆襲。
如今看來，風(fēng)力發(fā)電的瓶頸期可能正在到來。
向更高更廣處發(fā)展的風(fēng)機(jī)發(fā)電
目前的風(fēng)力發(fā)電方式較為單一，主要采用的是我們常見的“三葉大風(fēng)車”式方法。這種發(fā)電方法原理簡(jiǎn)單，風(fēng)吹動(dòng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)，從而產(chǎn)生電能。然而這種最簡(jiǎn)單的風(fēng)能轉(zhuǎn)化方式，卻存在著兩個(gè)明顯的問題。
第一，發(fā)電機(jī)建設(shè)場(chǎng)域不斷擴(kuò)大。在單位風(fēng)機(jī)發(fā)電量一定的情況下，要獲得更多的電力，就要布置更多的風(fēng)機(jī)。因此，我們常?？吹斤L(fēng)力發(fā)電往往呈集群式布局特征，一個(gè)風(fēng)力發(fā)電站動(dòng)輒幾十幾百臺(tái)甚至上千臺(tái)發(fā)電機(jī)。這造成的直接后果就是風(fēng)力發(fā)電占地面積的不斷擴(kuò)大。那么，伴隨著裝機(jī)擴(kuò)容而來的土地侵占，將可能掣肘風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展。
第二，風(fēng)機(jī)功率的增加。要想實(shí)現(xiàn)在最小的面積上獲得最大的電力，就只能提高單位風(fēng)機(jī)的發(fā)電量。因此，對(duì)風(fēng)機(jī)的研發(fā)也呈現(xiàn)出一個(gè)明顯的趨勢(shì)，那就是個(gè)體風(fēng)機(jī)功率越來越大，個(gè)頭也越來越高。比如丹麥曾經(jīng)造出了當(dāng)時(shí)世界上最大的風(fēng)機(jī)：每個(gè)葉片長(zhǎng)達(dá)88.4米，風(fēng)輪直徑180米，高達(dá)220米……造這么大的風(fēng)機(jī)，顯然是很費(fèi)錢的。
造成這種情況的原因，與風(fēng)的活動(dòng)位置分不開。我們都知道，越往高處走，風(fēng)力越大；而地面的風(fēng)存在很大的不穩(wěn)定性。那么，為了獲取強(qiáng)勁而持續(xù)的風(fēng)力，人們只好把風(fēng)機(jī)越做大、越做越高。
但是總不能這樣無限制地高下去吧？那樣也太恐怖了。并且在風(fēng)機(jī)大到一定程度之后，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)成本和收益的拐點(diǎn)。總不能造個(gè)大風(fēng)機(jī)，卻要運(yùn)行個(gè)二、三十年甚至更久才能收回成本吧？那樣也太虧了。
那么，又不想占用過多的土地，又想離天空近點(diǎn)兒，把大風(fēng)車搬到天上有點(diǎn)兒不太可能。上哪兒去找這么一個(gè)替代品呢？
風(fēng)箏或可一試。
盤旋在天上的風(fēng)箏，發(fā)電門道不止一種
有人可能不太敢相信：什么？風(fēng)箏？就那玩意兒還能發(fā)電？
是的，風(fēng)箏不僅能發(fā)電，而且實(shí)驗(yàn)證明，它的發(fā)電效率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出風(fēng)機(jī)發(fā)電許多倍。
風(fēng)箏發(fā)電這事兒很早就有人提出了。比如富蘭克林18世紀(jì)做的一項(xiàng)風(fēng)箏實(shí)驗(yàn)。他在雷電天氣放風(fēng)箏，結(jié)果成功捕捉到了從風(fēng)箏上傳來的電。但這也難說是“發(fā)電”，因?yàn)轱L(fēng)箏只是起了個(gè)傳導(dǎo)的作用。并且向雷取電除了推動(dòng)發(fā)明避雷針之外，好像也沒有其他太大的價(jià)值，因此也就被慢慢遺忘了。
真正的風(fēng)箏發(fā)電則源于上世紀(jì)80年代。美國科學(xué)家勞埃德提出了“風(fēng)箏發(fā)電”的概念，其有四個(gè)要點(diǎn)：氣流、風(fēng)箏、繩索、卷揚(yáng)機(jī)。當(dāng)風(fēng)箏垂直于氣流的時(shí)候，其拉動(dòng)繩索來驅(qū)動(dòng)地面的卷揚(yáng)機(jī)發(fā)電；當(dāng)風(fēng)箏與氣流平行的時(shí)候，卷揚(yáng)機(jī)再把風(fēng)箏倒拉回來。以此往復(fù)，產(chǎn)生電能。
當(dāng)然，這只是個(gè)理論的雛形，由于條件的限制，關(guān)于風(fēng)箏發(fā)電的研究一直處于不溫不火的狀態(tài)。直到近幾年科技的飛速發(fā)展，風(fēng)箏發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)被進(jìn)一步證實(shí)，其與現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的距離也才在不斷縮小。而且，目前的風(fēng)箏發(fā)電模式也在靠繩索拉動(dòng)地面發(fā)電機(jī)的基礎(chǔ)上，延伸出了豐富的乃至顯得有點(diǎn)可愛的想象力。接下來，我們介紹幾種目前比較熱門的風(fēng)箏發(fā)電。
1. 復(fù)古式風(fēng)箏發(fā)電。所謂復(fù)古，就是按照勞埃德的風(fēng)箏發(fā)電原理開發(fā)的發(fā)電方式。英國的風(fēng)箏發(fā)電公司KPS已經(jīng)建造一個(gè)消費(fèi)層級(jí)發(fā)電站。其研制的風(fēng)箏展開有40米寬，并且能飛到450米的有持續(xù)風(fēng)力的高空。到了高空之后，有兩個(gè)風(fēng)箏會(huì)以8字形的軌跡運(yùn)動(dòng)，然后帶動(dòng)地面的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生電力。只不過，這兩個(gè)風(fēng)箏是輪流升空，以保證其能夠有持續(xù)的電力輸出。
2. 無人機(jī)式風(fēng)箏發(fā)電。利用無人機(jī)升空來發(fā)電是比較普遍的發(fā)電方式。有人就問了，不是風(fēng)箏發(fā)電嗎，怎么變成無人機(jī)了？實(shí)際上，這種無人機(jī)還需要綁一個(gè)繩索與地面相連，以將電力輸送到地面。所以，綁根繩子的無人機(jī)，大概也算“風(fēng)箏”吧……
但“風(fēng)箏”無人機(jī)與普通的無人機(jī)不同，其擁有巨大的翼展，以安裝更多的渦輪發(fā)電機(jī)。這也是其與復(fù)古式風(fēng)箏發(fā)電不同的地方。前者是在空中發(fā)電然后將電傳輸?shù)降孛?，后者則是直接在地面完成發(fā)電，風(fēng)箏只起到一個(gè)動(dòng)力的作用。比如Google X的Makani風(fēng)機(jī)，其長(zhǎng)達(dá)25米，擁有8個(gè)螺旋槳，通過高強(qiáng)超輕碳纖維的繩索連接地面設(shè)備。飛到空中之后，其將在有穩(wěn)定風(fēng)力的地方進(jìn)行盤旋，帶動(dòng)渦輪風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電。值得稱贊的是，它還能根據(jù)風(fēng)向自動(dòng)調(diào)整盤旋姿勢(shì)，可謂是會(huì)追風(fēng)的風(fēng)箏。
3. 可愛的氦氣風(fēng)箏。無人機(jī)風(fēng)箏算什么？一點(diǎn)都沒有想象力。加州理工學(xué)院做的這個(gè)風(fēng)箏根本不需要繩索，在天上可以自由地飛翔，隨便折騰。這個(gè)大風(fēng)箏造型萌萌的，像一個(gè)巨大的甜甜圈，發(fā)電機(jī)和扇葉全都隱藏在它胖胖的身體里。它的優(yōu)點(diǎn)在于能不受繩索控制，可以隨風(fēng)而飄，獲取最合適的風(fēng)力。當(dāng)然，問題在于，這玩意兒如果不小心飛走了怎么辦……所以如何加強(qiáng)地面控制還是需要進(jìn)一步研究的。
除此之外，還有谷歌的用風(fēng)箏綁在船上發(fā)電以給船只提供動(dòng)力等黑科技想法。總之，目前聚焦于風(fēng)箏發(fā)電的玩家也越來越多，并且大多數(shù)項(xiàng)目已經(jīng)離開圖紙、走出實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)入了實(shí)地實(shí)驗(yàn)階段。也就是說，我們距離真正的風(fēng)箏發(fā)電時(shí)代，很可能已經(jīng)不太遙遠(yuǎn)。
風(fēng)箏發(fā)電，絕不僅僅是因?yàn)楹猛鎯?/strong>
當(dāng)然，那么多公司扎堆進(jìn)行風(fēng)箏發(fā)電研究，絕不僅僅是好玩兒。其不僅能夠解決傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)發(fā)展過程中帶來的問題，還能夠顯著地降低風(fēng)力發(fā)電的成本。
難道是研制風(fēng)箏發(fā)電要比風(fēng)機(jī)便宜嗎？非也。風(fēng)箏發(fā)電之所以節(jié)省成本，主要在于其能夠在高空獲得強(qiáng)力且穩(wěn)定的風(fēng)源。相較于近地面風(fēng)力的不恒定，單位時(shí)間內(nèi)風(fēng)箏在高空產(chǎn)生的電能顯然要多于地面。
據(jù)意大利Sequoia Automation公司對(duì)自家風(fēng)箏發(fā)電的分析，其每兆瓦時(shí)的發(fā)電成本僅為1.5歐元，相較之下歐洲其他國家每兆瓦時(shí)的平均發(fā)電成本為43歐元，那么風(fēng)機(jī)發(fā)電成本就更高了。因此，也就無怪乎那么多公司奔著風(fēng)箏發(fā)電的巨大成本優(yōu)勢(shì)蜂擁而上了。
但是，雖然有如此誘人的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，風(fēng)箏發(fā)電之路也注定不是一帆風(fēng)順的。
比如，目前實(shí)驗(yàn)的風(fēng)箏高度普遍在400米左右，未來可能會(huì)突破1000米，甚至更高。這個(gè)時(shí)候就要考慮風(fēng)箏發(fā)電是否會(huì)對(duì)航空飛行造成影響。雖然借助雷達(dá)等手段能夠提前避障，但對(duì)飛行物而言這仍然是一個(gè)潛在的威脅。從這個(gè)角度上來說，雖然風(fēng)箏發(fā)電解決了占地面積的問題，但又引發(fā)了一個(gè)空域的問題。因此，風(fēng)箏發(fā)電的選址必須要考慮到空中飛行的因素，比如有人就建議可以在廢棄的核電站上空進(jìn)行風(fēng)箏發(fā)電，因?yàn)槟抢锸墙w區(qū)。
另一方面，如何控制風(fēng)箏的方向也是一個(gè)問題。風(fēng)箏的飛行方向決定了其是否能最大化利用風(fēng)力。但其畢竟處于距離地面幾百米甚至上千米的高空，風(fēng)向很有可能會(huì)隨時(shí)變化。如果僅僅依靠地面工作人員進(jìn)行手動(dòng)操作，無疑會(huì)增加工作量和人力成本。那么，風(fēng)箏上可能就需要一款非常靈敏的風(fēng)力風(fēng)向傳感器，并且其能夠在感應(yīng)到之后自動(dòng)轉(zhuǎn)向。
除此之外，其中肯定還有其他需要突破的技術(shù)關(guān)卡。但用風(fēng)箏發(fā)電聽起來就是一件極富想象力的事情。未來俯視地球，當(dāng)我們看到奔騰的江水、旋轉(zhuǎn)的風(fēng)車和翱翔的風(fēng)箏都在為地球的夜晚輸送光明的動(dòng)力，一定會(huì)禁不住拜服于人類的無窮智慧。
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