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不再是天方夜谭?高空风能或将在2015年为人所用

来源:科技日报   发布时间:2011年12月19日14:53
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  人类迄今基本没有开发利用的高空风能,或将会因近年来新浮空技术的不断开发成功,而在2015年实现利用。据英国《每日邮报》在线版近日报道,有科学家预测,利用高空风能进行发电将不再是天方夜谭,而会成为确定无疑的事实。

  万米高空的能源革命

  利用可再生能源的重要性无须赘述。但目前人们面临的困扰是,这些能源不像化石燃料那么高密度——可再生能源通常呈分散状。换句话说,为了取得我们要求的能源量,则需要让开采覆盖到更广大的地域。因此,科学家与企业皆在奋力寻觅尽可能密集的可再生能源,而其中,非常有前途的就是没怎么被人类开发过的高空风能。

  人们走在街道上感受到的迎面吹来的风,并不能为他们所在的城市提供电力,但于理论上,一台放置在城市高空的风力机器却可以做到,这就是高空风能。

  高空风能通常所指的范围,至少需离地面3公里,高则可到10公里以上,因为在这一高度的气流中所蕴含能量,是全球每年所需能源的100倍。

  但科学家与新能源公司对它感兴趣的理由还不止于此。参照美国《连线》杂志在线版2009年6月15日一篇文章资料,全球最优的高空风力发电源匹配的恰好也是人口密集地区——包括北美的东海岸和中国的海岸线。

  利用高空风能发电的原理非常简单:随着与地面距离的增加和表面摩擦的减少,风速将逐渐加大。而每增加一倍速度,其所蕴含的能量在理论上将增加8倍。那么,地球上最强劲稳定的风,就是存在于距离地面4到10公里高的大气对流层,此处风速超过每小时100公里,也比地面风更好预测。

  但没有开发者会想建造一个近万米高的大风车,尤其是在人口稠密区。于是,自提出设想以来,高空风电的两种主要框架是:在空中建电站,以电缆输送电力到地面;或者打造一只“大风筝”,风力拉伸产生机械能,再经由发电机转换为电能。

  高空风电还是空中楼阁吗

  这两种关于高空风电的构架,并非不符合实际,但一直以来却没有任何严格的技术评估。

  其中部分因素,是其所需铺设的大量基础设施,以及在实际应用上还需要储存大量备用能源。对政府部门而言,这样漫无边际的工程不是他们想要的,反之则更乐意关注“未来10年左右的时间可以迅速商业化”的项目。

  这本是一个长存的困窘局面,不过,美国加利福尼亚州立大学的气象学家克里斯蒂娜·阿彻近日对英《每日邮报》表示,利用高空风能进行发电将会成为确定无疑的事实,因为当前,全球许多公司针对高空风能的利用技术投入了大量研发,其成果或许将在2015年前后打开高空风能的市场。

  其中包括,波士顿阿尔塔罗斯能源公司正在研制的60英尺(约18米)高、填充氦气、装置了固定涡轮的类似飞艇的浮空设备;加州玛卡尼电力公司开发的由机载计算机控制的“大风筝”,看起来就像一个滑翔机安了4个高速运作的转子;以及其他种种新式设备。

  它们拥有的一个创新点是:以往高空风能的目的地一直是对流层,但当下的公司们更关注2000英尺(约600米)这层“天花板”——在此之上空气空间发生强烈的摩擦。据波士顿阿尔塔罗斯能源公司联合创始人亚当·瑞恩估算,2000英尺高度的风力,为350英尺标准高度地面风机的20倍。

  这些高空风能的支持者亦表示,他们的产品更加小巧灵活,且在价格上远优于装备着粗大叶片、塔身必须固定在地表或海洋深处的传统风机。

  这种成本的节省便意味着廉价电力。据推算,在实现广泛应用的条件下,高空风能可使得风电价格由当前地面风电的每千瓦时9美分到10美分,降至为2美分。

  对此,克里斯蒂娜·阿彻认为,尽管尚不是现实,但这已是人们可预见的最便宜的能源价格。

  仍有相对保守的声音

  但美国国家可再生能源实验室的专家福特·菲尔柯认为,高空风能实现产业化并成为国家电力需求的主要提供者,至少还需要10年的时间。

  菲尔柯表示,目前还没有一家公司达到高空风能利用的最基本要求——保证风机在无人监管的条件下,安全、长时间地飞行于空中。而且,菲尔柯对新型的高空风电如何应变天气问题保持着疑虑:在雷电时节,要回收设备吗?需要着陆时该如何具体实现?

  高空风能的发展首先必须面对一个地面风能也遭遇的问题:安全与环境保护。周围的居民必须得到保证,不会因为高空风机及其输电线路的坠落而受到伤害。同样的,也不能影响鸟类等自然动物的生存。

  不过,制造者对于这些责难也有妙答,譬如玛卡尼电力公司首席工程师就指出,他们的“大风筝”可以在不靠谱的气候中自行着陆,并可在是否发电的模式中切换,不但系统可靠,而且用法相当简便,运营商拿到就可以直接插电使用。

  而阿尔塔罗斯能源公司则表示,他们的飞艇危险系数极低,因为研发中所使用的都是已运行数十年之久的既有技术。

  发明了“可飞行发电机”的美国加州奥罗维尔市天空风能公司的PJ·谢泼德说:“与地面风能的发展轨迹一样,高空风能一开始也遭遇到质疑,但很快便通过出色的表现证明了自己。人们对此需要调整自身的观念,就像当年面对怀特兄弟发明的飞机一样。”(来源:科技日报 作者:张梦然)

  

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