说到风筝和电的关系,我们大概会想到那个冒险在雷雨天放飞风筝的富兰克林,但是直接从雨云中取电毕竟太过于危险,而且不是天天都会有雷雨云经过。最近,科学家们提出了一种用风筝发电的方法,利用风筝在高空持续稳定的风力来发电。其原理很简单,不过目前还处于实验阶段,如果可以实施,或许我们就会多了一项既环保又廉价的供电选择。
俄罗斯科学家利用风筝天梯发电
由于煤炭、石油、天然气,这些化石能源都是有限的,而且还会影响全球环境、有损人体健康。因此,近几十年来,人们在考虑如何摆脱对化石能源的依赖,回答是大力发展风能、太阳能等可再生能源。因此,近年来的风力发电场如雨后春笋般在世界各地纷纷建成。
经过几十年的发展,今天的风力发电设备也和往日的风车完全不同,其规模庞大,最大的现代“风车”可以达到上百米的高度,其旋转叶片的顶尖比高楼大厦还要“出格”。这样的高度已经令人难以想象了,但是俄罗斯物理学家伯德格茨又在酝酿更宏大的设想,希望达到更高的高度,以获取巨大的风能。
伯德格茨介绍说:“你可以试想一个在空中飞翔的风筝,一个离地面几千米的高空、以很高速度滑翔的风筝。同时它牵着一条钢索,这条钢索带动地面的一台卷扬机转动(这台卷扬机和一台发电机的主轴连接在一起),卷扬机转动的同时也带动了发电机发电。”
这是和当今风力发电原理完全不同的、全新的设想。它利用的是高空的风力资源。高空风力比地面上的要强很多,而且更主要的一点是,它的风力更加持续稳定。
风筝发电的过程也是风筝上下摆动的过程。一开始,在强大风力的带动下,伸展开的风筝不断上升,直到牵着它的钢索用尽,此时风筝开始自动收缩,卷扬机倒转,把风筝往下拉。然后又是伸展、上升,如此往复不断。
风筝上升的时候产生电力,被拉回的时候却要耗电,但合计下来,发电量明显高于耗电量。伯德格茨介绍说:“风筝上升的时间可以持续60秒,比如说从4500米的高度上升到5000米,然后再让卷扬机回收钢索,把风筝拉回到4500米高度。然后再开始下一轮循环。”
伯德格茨计划送上高空的不仅仅是一个,而是一组风筝,准确地说是50个巨大的风筝,每一个伸展开来足有足球场那么大。这些风筝将在空中从上到下排成一串,看上去就像一个通天的梯子。而牵扯这些风筝的钢索有6000米长,卷扬机的直径将有9米多。假如风筝所在高度的风力不足的话,人们还可以放松钢索,让风筝再爬高一层,上升到风力更大的高度。因此,所有风筝一旦上天,一般情况下就不会重返地面了。
开发人员告知,这样一组高空风力发电设备可以达到10兆瓦的发电能力。伯德格茨说:“我们只需要一根钢索、一台卷扬机、一台发电机和几十个风筝就够了。我们不需要更多的东西,发电成本将会很低,一度电的成本将不到一欧分。地面风力发电设备的装机容量今天已经接近了极限,5兆瓦已经算是很大了,没有多少提升的空间:因此,我们现在需要广开思路,以便更好地利用风力资源。”
意大利发明风筝“旋转木马”发电
有些研究人员甚至坚信,高空风力发电设备的潜力巨大,不仅可以取代几十个地面风车,而且也可以和传统的发电站一比高低。意大利都灵附近的一家工程师事务所的负责人马西莫 · 伊波利托介绍说:“我们已经在构想建造发电能力在兆千瓦级的大型设备了。我们已经在计算机上成功地进行了模拟计算:从理论上来说,我们完全可以设计一台发电能力达到5兆千瓦级别的高空风力发电设备。”
意大利工程人员设想风筝在风力作用下,带动固定在地面的旋转木马式的转盘,转盘在磁场中旋转而产生电能。转盘上连接着一些高阻电缆,每对电缆都控制着一个风筝的方向和角度。
而这种风筝也不是我们在公园常见的那种类型,而是类似于风筝牵引着冲浪——重量轻、抵抗力超强、可升至200米的高空。据估计,风筝风力发电机获得每千度电的成本仅1.5欧元;而欧洲国家每千度电的发电成本平均为43欧元。显然,风筝风力发电机的成本是后者的近三十分之一。
支持者称,这种旋转木马发电机的其他组件加起来成本为36万欧元,而且只占用很小的空间。据他们估计,即便直径只有10米,风筝风力发电机也可产生5兆瓦的能量。伊波利托受其悬挂式滑翔和风筝牵引冲浪等周末爱好的激发,开始琢磨一种特殊的风力发电装置,最终风筝风力发电机的概念诞生了。
伊波利托表示,一个直径1000米的转盘可以提供250兆瓦的发电能力。他说:“这将是第一台发电能力和常规电站不相上下的可再生能源发电设备。”
高空风能发电前景可观
物理学家伯德格茨的发明也适用于小工程,譬如建造家用式的高空风力发电设备。
房主可以把这样的设备安装在自家房顶上,或许还可以替代太阳能电池。
他介绍说:“就是这些小型风筝梯子,10米或者200米高、足够为一户人家提供几千瓦的电力。”相反,伊波利托则是要“做大梦”,建造大型电站,在沿海的无人地带建造由高空风力带动的超大转盘。他并不否认这些风筝可能会妨碍航空交通,但他认为这个问题不难解决。毕竟,核电站上空不也明文规定是禁飞区吗?目前,这两支科研小组已经测试了他们的高空风力发电原理,并得到了电力收获,只不过试验规模很小。下一步计划在较大规模的样机上进行试验。至于第一批高空风力发电设备什么时候会问世,现在还没有人能够予以回答。因为开发人员还得绞尽脑汁,寻找经费来源,缺乏资金是他们目前最大的难题。
固定在地面的旋转木马式转盘