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【工业之美】英国要在450米高空建风筝发电站 发电成本仅为传统风电的一半

通过绞车滚筒连接一对风筝串联工作,当其中一只风筝上升到450米时,会拉动绳索,连接的另一只风筝会相应下坠,然后以数字“8”的运动轨迹上下浮动,如此反复,带动涡轮机连续发电。

作为当前日益优化的全球能源格局中不可或缺的部分,风能已成为了许多沿海国家或地区的主要能源供应之一,但供应不稳定、成本高昂、噪音污染一直是其面临的严峻问题。

据英国《独立报》当地时间10月7日消息,英国计划建造首个商业规模的风筝发电站,选址位于苏格兰的斯特兰拉尔郡附近,装机容量500千瓦,预计于2017年3月投入运营。该项目建成后将成为英国第一个、全球第二个规模化的风筝电站。

风筝发电 图片来源:KPS

“风筝发电”的概念最早由美国科学家劳埃德于1980年代提出,其原理是当筝面垂直于气流时,其拉力拖动绳索驱动地面上的卷扬机做功发电;当筝面平行于气流时,拉力最小,卷扬机倒转拉回风筝,由此风筝反复做功发电。

相较于传统高塔、风车式样的风力发电机,风筝发电机能够到达风源持久且强劲的高空中,发电效率更高,此外也不需要叶片、涡轮机或其他机械设备,建设成本低廉,且噪音污染小。

在绿色清洁技术上投资数十亿美元的比尔·盖茨认为,风筝发电有10%的可能性解决世界能源问题。

意大利的“KiteGen Stem”

目前,世界上首个规模化的风筝发电站是位于意大利的“KiteGen Stem”。该电站于2015年4月投入运营,装机容量3兆瓦,由意大利KiteGen科技公司负责建造。

风筝发电 图片来源:KPS

该项目由英国公司“风筝电力系统”(Kite Power Systems,下称KPS)负责,也得到了英国政府和壳牌石油公司的支持。该公司于2011年在英国埃塞克斯成立,旨在利用风筝开发出低成本的能源解决方案。

此前,KPS已在英格兰东南部的埃塞克斯建设了一个小型风筝发电站,测试了技术的可行性。如今该公司计划将总部迁至格拉斯哥,并将规模扩大一倍,为该项目做准备。

工作原理图。图片来源:KPS

据KPS官网介绍,为了实现净功率增益,他们采用了一个由两个往复式阶段构成的循环发电模式,即通过绞车滚筒连接一对风筝串联工作。当其中一只风筝上升到450米时,会拉动绳索,连接的另一只风筝会相应下坠,然后以数字“8”的运动轨迹上下浮动,如此反复,带动涡轮机连续发电。

工作原理图。图片来源:KPS

KPS所使用的全尺寸风筝有131英尺(40米)宽,可产生2兆瓦-3兆瓦的电力,相当于一个宽328英尺(100米)的传统涡轮机。此外,据该公司业务发展总监David Ainsworth表示,风筝发电机的安装和运营成本约为5欧分/千瓦时,而传统离岸风力发电机的成本约10欧分/千瓦时。

“这是我们的第三代进化技术,500千瓦的项目的下一步是开发一个3兆瓦的发电系统,计划于2019年实施。”David Ainsworth说。

近年来,高空风能已逐渐成为了众多清洁能源、科技公司看好的新兴领域之一。高空风能是指利用风筝或者气球甚至飞涡轮机产生的动能发电,再通过电缆和连接臂系统传输到地面的能源技术。

谷歌推出的“Makani”巨型涡轮风机

2013年,谷歌(Google)收购主打研发无人驾驶的旋翼发电风筝的能源公司Makani Power,2015年,谷歌推出了一款长25.6米的巨型涡轮风机“Makani”,装有8个螺旋桨,用一根电缆线与地面基站相连,发电功率为600千瓦,最高可上升至约426米。

Altaeros推出的“空中浮动涡轮”(BAT)

2014年,日本电信巨头软银(SoftBank)向美风力涡轮机制造商Altaeros Energies投资了700万美元 ,后者的主要产品是空中风力涡轮机。同年,Altaeros推出了“空中浮动涡轮”(BAT),将风力发电机装在充氦飞艇中,在1000英尺(约304.8米)的高度待了18个月,将电能通过电线输送到地面。

广东高空风能的伞梯组合型高空风电机组 图片来源:广东高空风能

在高空风能这一新兴领域中,中国并没有落后,拥有亚洲第一家从事高空风能技术研发的公司——广东高空风能技术有限公司。该公司的主要产品为伞梯组合型高空风电机组,于2009年成立。目前其首个400兆瓦高空风能项目已进入筹备期,首台2.5兆瓦高空风能发电机组已在安徽芜湖完成安装。

如果想对风筝发电了解更多,请观看以下视频:

 

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