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風箏發電機 8噸超級風箏(圖)

 2008-07-08 20:28 桌面版 简体 打賞 0
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2004 年 10 月,德國一家風力電機製造商,在距離『漢堡』60 公里的西北部,架起一座 120 米的風電機,為世界上最大的風力發電機之一,一個技師正在給一個巨型發電機安裝旋翼。
 
這座風電機選址在一家核電站附近。

當一臺直徑 100 米的木馬風箏把風能轉化為 5 億瓦的電能,風電產業將發生巨變。風將化為無窮電力從天而來。

在『西伯利亞』的荒原上,一臺直徑 9 米的「卷揚機」,緩緩放出直徑 0.5 米粗的鋼索。鋼索的另一端,是 50 張自上而下排列成一串的「風箏」,它們每張都有「足球場」那麼大,像是一排飽滿的風帆,欲牽引著大地駛向天空。

在這個俄羅斯物理學家「波德哥茨」,所設計的風箏發電場景中,這組「風箏」將被放到 6000 米高空,做垂直運動積累能量;好像一座巨大的通天梯,讓西伯利亞高空的狂風,化身 100 兆瓦的電能走下人間。

旋轉木馬放風箏

「旋轉木馬」和「風箏」組合而成的『發電機』更為輕巧!義大利『巨杉公司』設計的 KiteGen,把旋轉的 12 組風箏,放到 2000 米的高空收集「風力」,來牽引一個,直徑 100 米的「旋轉木馬」轉盤進行發電。

「波德哥茨」的天梯風箏,排列成一排做上、下運動,不存在朝不同方向轉的問題,一架風車的全部扇葉,也可以被設計成相同的偏折角度,而讓這 12 組風箏,向同一個方向運動則是個技術難題。

KiteGen 的主設計師,48 歲的「馬西莫」是一個極限運動愛好者,經常會在週末去『都靈』郊外玩懸掛式滑翔。他由懸掛式「滑翔傘」的手動方向控制原理得到靈感,用一對「高阻電纜」傳送地面控制信號,來控制風箏的方向和角度。

風箏本身的設計,借鑒了他熱衷的另一項運動——衝浪!風箏牽引衝浪,所用的風箏重量輕、升空能力高、抵抗力超強, 與 KiteGen 所用風箏的要求很相似。

『這個旋轉木馬,還可以設計的更大一些,不必擔心動力問題。』伊波利托表示,更大尺寸的轉盤上面,可以配製更多組風箏來收集風動力。根據巨杉公司的估計,直徑 100 米的木馬風箏發電機,可以轉化 5 億瓦的能量,堪比一座「核電站」。

不過這座木馬風箏發電機,目前還只是停留在繪圖板上的一個概念,專家在進一步研究其可行性!要在哪裡安置這臺俏皮的大型「旋轉木馬」也是個問題。與遊樂園的木馬不同, KiteGen 必須拿到空域許可證,才可把 12 組風箏放上天空。伊波利托眨眨眼說:『把它造到「特里諾維切累斯」核電站去吧,那裡早已是禁飛區了。』

伊波利托很快就可以在義大利,見到自己設計的木馬風箏發電機了!有意在風力發電產業有所發展的『都靈公用事業公司』,與『巨杉』簽訂了技術合作協議,並將承擔 40% 的樣機製造費用。這家公司,距離義大利主要進行風車發電的沿海地區較遠,因此寄希望於高空風能的開發。

高空風電場


世界各國都在關注「高空風能」的開發,低空的風力並不恆定可靠,因此一般風力發電站,通常都設在可獲得持續風能的「高地」或者「海邊」。並且為了提高風輪機的發電量,風車也越造越高,在夏威夷『珍珠港』北岸的世界上最大的風輪機高達 122 米。

澳大利亞『悉尼科技大學』機械工程學教授「布萊恩羅伯茨」表示:『海拔 4600 米到 1 萬米的高空,氣流強勁而穩定,是理想的空中風電廠。』

當巨杉公司在義大利尋找,建造木馬風箏的合適地點時,在美國『加利福尼亞』和『聖地亞哥』,羅伯茨與另外三個工程師啟動試驗,推出了他的:「高空風車場」計畫!

在「風車場」裡,風箏與風車發電機的主要組件:「風輪機」被設計在一起,主要發電設備將全部被放上高空,就像一隻真正的風箏;這隻風箏有一個H型的巨大支架,支架上安裝著發電機,支架的四端,分別還有 4 個大型風輪機。

這四個風輪機,可像直升機螺旋槳一樣旋轉,帶著發電機飛向高空。羅伯茨,可以通過風箏上的「全球定位系統」確定其方位,在理想的高度,利用風輪機的電腦輔助控制儀,調整風箏迎風傾斜的角度。

當「風箏」最終懸停在 1 萬米高空時,地面電站停止供電,此時時速近 320 公里的強勁氣流,會吹動風車葉片發電;把風箏與地面緊密維繫的是特製的「電纜」,將轉化的電能以 2 萬伏的高壓,通過兩根「鋁絲」輸送到地面。

為了把這套複雜的設備送上天,羅伯茨必須盡量減輕它的體重,採用「碳纖維」、「鋁」和「玻璃縴維」等材料製造的風輪機重約 2 噸!當這隻超過 8 噸的「超級風箏」,在萬米高空遇到 320 公里/ 小時的強風時,電纜核心直徑 7.6 厘米的超輕纖維纜繩,可以保證它不被吹走,這種「超輕纖維」,也被用來製造 NASA 的航天飛船的安全氣囊。

在1 萬米的高空,大氣環流永遠不會停息,羅伯茨估計自己的風箏發電機『比起經常因為無風而在地面上閑置的風車,發電能力高出 3 倍!』。而且高空,可以不受地形、地勢等地理環境的限制進行電力輸送,也大大降低了成本。

據估計,300 個這樣的發電風箏,在 200 平方公里的空域組成一個「高空風車場」,就足以供應整個『芝加哥市』的電力需求。羅伯茨表示,用這臺「高空風車」來發電,每度電的生產成本不到 2 美分!而義大利巨杉公司,在計算了木馬風箏發電機的製造成本後,也宣布他們的成本不到 1 歐分/ 度。

高空的風能在被人類成功駕馭後,展現出其「低廉成本」和「恆定產能效率」的優勢,伊波利托說:『我稱之為一場革命,「高空風能」將會是未來新能源的一部分,風電可能會因此成為未來能源產業的主體。』

目前「風電」已經是全球範圍內,發展速度最快的能源產業,10 年來它以每年 30% 的速度增長!全球現有風電資源 5 萬兆瓦,約等於 50 個大型核電站的發電能力。

風電時代的來臨


中國的風電產業起步較晚,不過最近兩年開始高速增長,增長速度超過 100%!2007 年,『中海油』在「威海」建成 110 萬千瓦的全球最大海上風電站。同年,海南5 座風電場開工,重慶也建成 1 座風電場,並計畫發展成西部風電城,2007 年我國風電新裝機 328 萬千瓦,僅次於美國和西班牙,成為世界風電增長最快的國家之一。

中國的風能總儲量,雖然達到約 43.5 億千瓦,但是目前技術條件下,可開發和利用的只有 7 億~12 億千瓦。在開發新能源的過程中「縮減耕地」資源——建設大規模的風力發電場,可能佔用大量耕地,這也是中國風電產業發展的瓶頸。

新疆吐魯番市的「李曉冬」,十多年來一直想要嘗試風箏發電:『倒沒有什麼研究成果,就是覺得這會是個不錯的點子,所以想和人講講。』

風電時代正在全面到來,目前全世界有許多關於風箏發電的好點子!荷蘭『代爾夫特工業大學』,曾有一個:「梯式電站」的研究項目,他們設想把一組大風箏,用纜繩串連成風箏環,放飛到幾千米的高空,由電腦控制使風箏環,一邊比另一邊獲得的風力高出更多, 而帶動整個風箏環旋轉,旋轉產生的動力,傳遞到地上的發電機轉化成電能。

而加拿大的飛艇工程師「佛瑞德費格斯」,則把飛艇和風車組合成─「飛艇風車」,利用飛艇把桶形風車,帶到 45 米~120 米的空中收集風力,再由電纜輸送到地面發電;這種「飛艇風車」被設計的很小,比較適合家庭使用。

德國科學家想要設計出,專供「家庭」使用的小型風箏發電設備:把發電機安裝在「房頂」,然後把風箏放飛到 100 米的高處收集風能,用來供給家庭所需的不到幾千瓦的電力。

然而,這些好點子並非都能得到實現,「梯式電站」已經停止研究,而「飛艇風車」也依然停留在設計圖紙上。羅伯茨的「高空風車實驗機」雖然已在地面風洞試驗中成功,然而他至今仍無法籌集到,製造和試驗原型機的所需的 400 萬美元資金,「高空風車場」計畫遭到投資者的冷遇!羅伯茨自嘲道:『他們可能更願把錢花在有保險收益的能源大工程上。』

伊波利托則樂觀得多,他認為風箏發電設備覆蓋區域小,卻可產生巨大能量,優於諸如滑翔機發電機、和風車等類似項目,在未來必將成為首選的風電設備,伊波利托:『即使設計無法立刻化為產品,我們仍然應該相信自己的想像力,只要找到恰當的技術來規範,它會立即變成強大的生產動力。』


義大利 KiteGen 公司風箏發電機效果圖



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