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高空风能或将在2015年为人所用

来源:科技日报  本网发布日期:2011/6/23
    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。”
    记者 张梦然 综合外电


 

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