小孩子玩的風箏,原理竟然也能發電
小孩子玩的風箏到瞭科學傢手裡,竟然也成瞭全新風力發電系統。
風箏咱們小的時候都玩過,隨便一個能兜住風的輕薄“紙片”,再加上一根細繩,就可以消磨整整一個下午。有時候手裡實在沒有原材料,一個塑料袋再加上一根線,也不是不能湊合。
沒想到小時候“放風箏”的孩子長大瞭,竟然造出瞭我國首個成功並網並且發電的高空風電項目。
“大風車”咱們都見過,遠看一排小白風車,看不出來具體有多大。
湊近瞭一看,好傢夥,個個都是高達百米的龐然大物,一個風扇葉就有三四十米長,平躺在地上的時候,那可是相當的壯觀。
風車發電這種模式,在業內被稱之為地面發電,那麼高空風力發電又是什麼呢?
地面風電系統雖然也相當低碳環保、收益可觀,但是終究還是會受到地面風力的限制,即使是張傢口那種“風窩子”,也不可能一年365天天天刮大風。
但是隻要你到瞭500米以上,風力就再也不是需要考慮的問題瞭,那裡的風不僅很穩定,每提到一段距離,風速也會隨之加強。
從理論上講,隻要將咱們的設備放到500米以上的高空之中,風能基本上可以“管夠”。
理想很豐滿,可如何將設備飛上去呢?
用無人機嗎?飛不飛得上去先放在一邊,續航能力就無法滿足要求。
那用氣球呢?這個想法不錯,但也有更簡單的方法,那就是“放風箏”,專業人士稱之為系留式飛行器。
該發電設施的結構相當簡單,由地面設施、發電機、系留部件以及飛行器組成。
飛行器作為傢中的“頂梁柱”,主要任務就是帶著“一傢老小”飛到百米高空之中。
在程序控制之下,它將以固定軌跡不斷盤旋,“遛彎”過程中氣流帶動發動機發電,源源不斷的電能通過系留部件傳輸到地面設施之中。
如此一來,就可以簡單快速且不占地方地完成整個風力發電過程。
中國首次實現的“空中發電”
很多人會親切地將高空風力發電系統稱為“放風箏”,因為作用模式看起來相當熟悉。
然而實際上,由於飛行器外觀和形式不同,這個大傢族被分成瞭好幾個分支。
第一種就是系留風箏式飛行器,說是風箏,其實人傢長得和咱們的紙鳶是兩碼事兒,僅從外觀上來看的話,倒是與滑翔傘和降落傘頗為相似。
這種飛行器的發電結構相當簡單,它並不需要把發動機升到半空中,滑翔機在空中打轉,牽動繩子帶動發電機發電。
第二種則叫做系留飛行器式發電裝置,簡單來說就是一個無人機帶著發電機飛到半空中迎風飛行,產生的電量通過繩子和電線傳送回地面。
第三種叫做系留浮空器式發電裝置,它們的外形更加酷似於風筒或是飛艇,結構相對復雜但是也相對便於控制,能夠滿足長時間平穩發電的需要,目前應用也最為廣泛。
從這幾種分類中不難看出,想要將飛行器送上天有很多種方式,但是想要保證飛行器穩定運行,並沒有這麼簡單。
飛控技術不夠好,難以維持穩定的風量,發出的電能就很容易產生波動,如果趕上瞭極端氣候條件,飛行器甚至會直接墜毀。
除此之外,飛行器的材質也必須謹慎挑選,既然是要長時間穩定地飛行在半空之中,它的材料就必須盡可能地輕盈,並且它還需要足夠的堅韌,可以在狂風的撕扯下保存自身。
碳纖維
目前蒙皮材料是高空發電飛行器研究領域的最大熱門,它的主要構成物大傢可能相當熟悉,那就是碳纖維。
大量碳纖維與樹脂混合在一起,再加上層疊技術以及固化工藝的塑造,蒙皮材料被打造成瞭如今輕薄且韌性極強的樣子。
飛行器的強度上去瞭,牽引繩必須要跟上腳步。
玻璃纖維復合材料,尼龍材料,碳纖維復合材料,甚至於金屬復合材料都是未來的發展方向。
玻璃纖維材料
“風箏”發電能飛多遠,高空風力發電的前景就有多遠
人類的發展是建立在對自然資源的消耗之上的。
無論是石油還是礦產,都是大自然億萬年來積攢下來的寶藏,人類如果想要不知節制地將它們消耗殆盡,不需要太長的時間。
我們無法接受沒有能源的世界,所以近年來可循環資源、環保資源,一直都是科研領域中的常青樹,而其中最具代表性的就是風能和太陽能。
我國領土廣闊、氣候復雜多變,是世界上最適合發展高空風力資源的國傢之一。
以往數年我國已經在東南沿海地區、西北地區,建設瞭大量風力發電設施。
而這些地方恰恰也是高空風能最為集中的幾塊區域,所以早在2016年,發改委就已經著眼於高空風能的發展,相關高校和企事業單位也在同步跟進。
由於主要設施在半空之中,所以高空風力發電系統的修建,不需要占用太多的土地資源,也完全不挑地段。
既然高空風力發電如此好,為什麼這些年始終沒有推廣開來呢?
一方面,我國在該領域的研究相對滯後,最近一段時間他首次完成瞭突破。
另一方面,高空風力發電目前造價較高,如何將價格打下來,也是各國的重要目標之一。
有些朋友們可能會擔心,在空中放這樣一個障礙物,會不會影響到飛機的正常航行呢?
其實完全沒有這個必要,因為飛機和高空風力發電飛行器的飛行高度完全不在一個層級。
一般情況下,民航的飛機高度一般在海拔7000米到12000米之間,短航線的飛機飛得要稍微低一些,但最低也會在6000米以上。即使是直升飛機,飛起落狀態下也基本保持在2千米左右的航行高度。
高空風力發電系統一般在500米高空之上,基本上不可能突破到1000米。
無人機的飛行高度倒是有可能與發電系統相重合,不過無人機可不是隨隨便便就能飛的,沒有相關手續,“黑飛”並不可取。
與其擔心它會影響到飛機的正常航行,倒不如擔心在一串飛行器連成片的情況下,是否會影響到鳥類的正常遷徙?
總的來說,高空風力發電系統確實是一片寶藏,但是這片寶藏未來將走向何方,還需要全人類的共同努力。