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空中藏着100倍的电,如何去收割呢?答案竟然是风筝!
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2023.02.27 广东

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为了缓解人类的能源焦虑,科学家和工程师们正在日以继夜的捣鼓可控核聚变——不论花多少钱、花多少时间、花多少资源。

但其实,要解决这个问题,只需要放放风筝就可以了。

根据估算,在9000米的空中,常年时速稳定在160公里左右的高空急流,能够给我们带来的电能,是我们目前,全人类全部需求的100倍。

怎么样,还有啥好焦虑的呢。只用认认真真的研究如何把风筝放到那个高度去薅羊毛就行了嘛。虽然,这也不是一件简单的事。

那么,我们退而求其次,矮一点可以吗?

当然可以,实际上,现在已经有了各式各样的公司正在发开各式各样的“风筝”,准备把它们放到空中收割风能。跟传统长得都大同小异的风机完全不同,这帮新生派长得那叫......奇形怪状呀。

今天,咱们就来聊聊它们,主要会讲两个方面:第一,为什么要用放风筝来发电;第二,它们都是怎么发电的,优缺点各是什么,它们真的是未来风能的最佳承载体吗?

为什么要飞上天去发电?简单讲有3个理由,分别是可以获得更好的风能资源、可以更有效的降低成本,以及,更少的对环境的影响了。当然,它们都是建立在跟传统风力发电机的对比上的。

传统风机,为什么要建得又高又大呢,因为高处的风更快更稳嘛。在地形、地貌,还有人造建筑物的影响下,靠近地面的风容易产生风切变,于是效率和稳定性都降低了。而越往高处走,风切变就越小,风力越稳定、风速也更快,蕴藏着的风能自然就大大增加了。

这里有个公式,你不需要看懂,只需要知道风能跟风速的立方成正比就好了。假如风速变为原来的两倍,则收获的风能,可以直接翻到原来的8倍,这个涨幅,正是我们需要的呀。

所以传统风机,不仅要建得高,还要建得偏,甚至,直接建到海面上,就是为了能薅到更优质的风能。

那你说能飞得更高的风筝,不是就具有了先天的优势了吗。

另外,由于它是飞在天上的,不需要任何的支撑,只用一根缆绳拴住就行了,所以就省去了传统风机下面的那根大柱子,以及,相应的基础设施。用的材料更少、花的建筑成本更低、同时,运输起来也更加的方便,方方面面都省了,所以总体的成本就下降了很多。

你看,光这两样,用更低的投入获得更好的资源,就已经相当诱人了吧,再加上,它对环境还特别的友好。不仅自身不容易破坏环境,而且由于碳足迹更小,带来的间接环境影响也更小了。真的是毫无理由放着它不用呀!

那么,怎么用?目前,主流的模式有两种,它们又分别带来了两种不同的......飞行设备的形式。

先说模式,虽然都是有个地面站,拉根绳子放个飞行物到空中去,但是具体在哪里发电,却并不相同。第一种是空中发电模式,它通常使用的都是可以自主飞行的滑翔机。滑翔机上的螺旋桨,既是自己垂直起降时的动力来源,又是飞到高空后,捕获风力的涡轮机。

电力在这里产生,然后通过连接着地面的电缆,再将生产出来的电传回去,它的好处是,只要飞行稳定,电力产出就可以稳定。当然,这种模式除了使用硬质的滑翔机外,也有使用软质的充气飞艇的。至于是硬好还是软好,我们一会儿再说。

另一种模式是地面发电,它通常放上去的,就真的是一个大风筝了。

风筝的一边系到地面发电机组上,在它被吹上天空,以一定的模式飞行时,会拉着电机转动起来,于是电力便产生了。但是,这绳子总是有极限的嘛,当全部放完后,这套系统就必须要使用一点点刚才发出来的电将风筝重新拉回来,接着,再次放飞,不断的重复此过程。

所以地面发电模式所生产的电,就不是一种稳定的状态了,它会制造出峰值和谷值,必须要经由某些调整措施拉平后才能往外输出,比如,先把它们存在电池里面。所以,两种模式,各有优劣,就看谁先跑得出来了。

当然,用滑翔机和用风筝本身也有很大的区别。前者由于拥有硬质的机身和机翼,所以能够更好的调整空中姿态,应对不同的气流状态,利用起风能来是既高效又灵活。对了,补充一点,不论是滑翔机还是风筝,它们放上天后,既不是稳住不动也不是到处乱动,而是以一种设计好的轨迹维持侧风飞行。

为什么要侧风飞行,因为这样的效率才更高。早在1980年,美国工程师迈尔斯劳埃德就在一篇经典论文中仔仔细细的分析了利用风筝发电时,侧风飞行和非侧风飞行的区别,得出了这一获得公认的结论。

不过硬质机身也有问题——万一一个不小心坠毁,就真的毁了。自己毁了不说,还有可能会殃及地面上的花花草草,风险较大。另外,跟传统风机常被人诟病的一点类似,它对鸟类的友好程度也算不上高,撞鸟、或是鸟撞之后,大概率都是同归于尽。相反,柔软的风筝还有飞艇就很安全了,摔不破、撞不碎,还可以当成空中的气垫床,风险可控。但缺点嘛,就是不好控制容易乱飞,毕竟,改变飞行姿态,是需要有一样叫做“控制面”的东西的。

好,我承认,这些东西到目前为止看起来都还只像是过家家。即便是它们当中的王者, 发电量也只有600千瓦而已,对比起来,普通的陆地风机是5兆瓦,海上风机是15兆瓦左右,简直N倍于发电风筝呀,所以它离真正的商业化还差的很远。

不过呢,至少在这几个领域,咱们还是能够看得到一些落地的苗头的,比方说灾难救援时的临时需求。

由于它方便运输和安装,所以可以快速建立起一个临时的发电站,在小范围内为救灾急需的电力提供保障。还比方说在一些风力资源丰富但是却常常遭遇飓风的地方,你想从风里面捞点好处,但是建设开支巨大的传统风机又经常是得不偿失,那么好了,现在发电风筝来了,既灵活又便宜,即便被毁了,也不至于心疼到吐血吧。

当然最后,它还是要朝大型化和商业化发展才有未来嘛。还记得咱们一开头说的那个9000米和100倍吗,那里,才是它真正的归宿,希望它能早点飞到。

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