风筝风电 别具一格

　　在绿色能源中，风电是后起之秀。它取之不尽，环境污染轻，发电功率可大可小，使用灵活。大的风电机可以几兆瓦，小的船用机只要数千瓦。但风电也有占地面积大，发电成本高的缺点。为兴利除弊，科学家又想出了空中风力发电的新点子，也许要不了10年，风筝风电就会造福人类了。
　　空中风电的优势
　　风能是太阳能的衍生兄弟，太阳的光热造成大气环流，这才有了风。但由于地表地貌复杂多变，近地的风各有不同，海边裸地风力强劲，内陆多数风力平平。有时气流相对静止，近地也有无风的日子。高空就不一样了，随着与地面距离的增加，摩擦减少，风速会逐渐加大。每增加一倍风速，蕴含的能量将增加8倍。
　　气象学家认为，地球上最强劲稳定的风，存在于距离地面4到10千米高的大气对流层，此处风速超过100千米／小时，也比地面风更好预测。我国科学家研究表明，北京市上空百米高度的平均风速是4.1米／秒，能量密度是78瓦／平方米；700米高度的风速是7.3米／秒，能量密度430瓦／平方米；而在万米高度，风速达到34.5米／秒，能量密度则上升到16275瓦／平方米。青岛的条件则更好：100米高度风速5.5米／秒，能量密度194瓦／平方米；700米高度风速7.5米／秒，能量密度470瓦／平方米；万米风速40.8米／秒，能量密度高达22584瓦／平方米。因此，科学家们提出将风车涡轮发电机飘在海拔4600米到10000米的高空，利用大气层气流，吹动风车叶片旋转发电，是比现行风力发电更好的风能利用方式。
　　新颖的风筝电机
　　美国加利福尼亚风电研究所的罗伯茨，研究设计了一种“高空风车”。它的主要组件是风车涡轮发电机。它有2-3片螺旋桨般的叶片，还有一个使它们与风向保持一致的尾端风向标。轻型复合铝材料制成的涡轮叶片，四周被一个环形层压材料遮蔽结构环绕，在“聚焦”风力的同时，让涡轮机保持漂浮状态，类似一个内装氦气的喷气发动机。使用时一般让数十上百个风轮机，集中在一个区域形成“风车场”，然后将所发电力集中起来输送给用户。
　　目前，世界最大的“风车场”位于美国加利福尼亚州阿尔塔蒙特山口，那里有7000多台空中风车，发电量占了美国风力发电总量的90％以上。
　　空中风车就像“大风筝”。上天时，通过连接到地面绞盘的电缆传导地面电力，风车叶片可像直升机螺旋桨一样旋转，带着发电机飞向高空。通过卫星定位系统确定方位，到达理想的高度后，风轮机上的控制仪，开始调整“大风筝”迎风倾斜的角度，使其悬停在高空。
　　电缆就像风筝线，把空中发电机牢牢系在地面。这时，地面电站停止供电，让时速近320千米的强大气流吹动风车叶片发电。这些电流通过同一根电缆经地面电站中转，最后送到用户家中。需要返回地面时，“高空风车”就用自己的电力，绞动地面的电缆绞盘慢慢落下。
　　为降低总体质量，“高空风车”的涡轮机采用碳纤维、铝和玻璃纤维制造，重约两吨。它的核心有一根高强超轻碳纤维缆绳，这种纤维早已被用来制造网球球拍线和美国宇航局飞船上的安全气囊，足够结实，所以不需担心“大风筝”断线飞离，如果改用石墨就更保险。
　　又一种创新设计
　　最近意大利的风电专家，设计了“MARS”高空风力发电系统。它由高空的拖曳风筝和地面的发电设备两部分组成。
　　拖曳风筝是将一组大风筝用缆绳串连在一起，组成风筝环，然后放飞到几千米的高空中。这些风筝由电脑自动控制改变各自的姿势，使风筝环一边比另一边获得的风力高，带动整个风筝环旋转，产生的动力。线缆和地面的风力涡轮机相连，并通过安装在发电设备上的航空感应器，控制风筝旋转的方向和路径，最大限度带动风力涡轮机旋转发电。
　　虽然目前该系统还处于测试阶段，科学家认为它的前景非常广阔。与传统风力发电相比，MARS系统拥有无可比拟的优势：它能够从高空获得稳定的风能。风筝飞行的高度越高，所获得的平均风速就越大，发电的效率也就越高，而传统风力涡轮机最高平均高度也只有100米左右。
　　MARS系统不仅具有发电效率高的优势，而且占用的空间和面积也非常小。一般来讲，一个发电能力为1000兆瓦的传统风力发电厂，占用的面积在250-300平方千米之间，而使用MARS系统的发电，只需使用5-6平方千米的面积，就可以达到同等发电能力。
　　飞艇电站也风流
　　美国和加拿大的科学家，还发明了“飞艇风车”，它是桶形风车与飞艇的结合体。内充氦气的飞艇带着风车飞到空中，利用那里的强风吹动叶帆旋转。飞艇则通过电缆锚在地面，发出的电由电缆输送。家用型飞艇风车有汽车房屋大小，放飞到45～120米的高空，最高发电能力为4千瓦；发电场型的有普通飞艇大小，放飞高度为120～280米。
　　“飞艇风车”的桶形叶帆，在风速低于3000米／小时仍可运转发电。飞艇的材料柔韧，降落速度慢，坠毁时很安全，也不会影响空中航线。因为飞艇的体形可大可小、技术要求低，成本也不高，家用型飞艇大约造价10000美元。一个100千瓦的软式小飞艇产生的电量，可满足大约40个家庭的用电需求。它可以为偏远的军事基地、训练营地或者没有通上电的小村落送电。现在，这些地方依靠昂贵的柴油发电机满足用电需求，并不合算。
　　空中涡轮机可以装进集装箱，在救灾时能运到灾区，解决急需电力供应的灾区的燃眉之急，是进行人道主义援助的理想设备。
　　空中风电有难题
　　空中风电的杰出优点是价格便宜。火力发电每千瓦时的发电成本在0.05美元到0.09美元，传统风力发电厂的成本为0.15美元。空中风电每千瓦时的发电成本约为0.02美元到0.05美元。但是，发展空中风电，需要铺设大量基础设施，在实际应用中还需要储存大量备用能源。所以，吸引投资是发展空中风电的难题。
　　空中风电如何面对恶劣的天气，也是一个问题。雷电时节，要回收设备吗?需要着陆时该如何具体实现?科学家正在进行方案设计，已有可靠的回收办法。回收、放飞的来回折腾十分麻烦，能不能让空中风电站不怕雷电，永驻空中?要继续研究。
　　高空风能的发展也会有安全与环境问题。首先，风电站周围的居民安全必须得到保证，不会因为高空风机及其输电线路的坠落而受到伤害。天高凭鸟飞，空中是鸟类活动的天堂，空中风电不能影响鸟类等自然动物的生存。科学家的办法是将风机的位置，放在鸟类迁飞路线的上面，但对高飞的天鹅、燕鸥等的保护，还没有好办法。当然，空中风电站也要远离航线，在航线附近的要设置空中警示区。
　　至于飞艇等掉下来砸人，科学家认为危险系数极低，因为研发中所使用的都是已运行数十年之久的技术，况且现在碳纤维、石墨烯这样高强度高韧性的材料，都可以用在太空电梯上，何愁牵不牢小小的空中发电风