在產業領域,高空風電仍然是嗷嗷待哺的嬰兒。在資本領域,國內外各路資本早就對高空風電項目虎視眈眈,這也從很大的程度上促進了高空風電發電行業發展。從這些企業的技術軌跡上也可以一窺高空風電產業未來的發展方向。目前致力于高空風能發電的歐美知名公司主要有WindLift、Makani Power、Altaeros energies等幾家,各家的方案也不盡相同。
谷歌入股Makani Power
2006年Makani Power獲得了谷歌1500萬美元的種子資金、美國高級研究計劃局300萬美元的撥款以及其他私人投資,2008年谷歌公司投資又增加到2000萬美元。2013年5月,Makani Power被谷歌公司收購,并入Google X部門。
Makani Power已制造出大型碳復合材料“風箏”,每個“風箏”配備4臺帶螺旋槳發電機。在起飛前,這些發電機作為電動機帶動螺旋槳轉動,作為風箏上天的動力。風箏起飛后就能在風中飛行,飛行所產生提升力很快就能使風箏在不需要其他助力下前行。一旦靠風帶來的推力能和螺旋槳產生拉力平衡,此時,發電機將開始產生電力。風箏的飛行電腦將引導風箏被繩索牽引沿著弧線飛行,不斷圍繞地面基站轉圈。
不過,上述產品的成本顯然還有進一步壓縮空間。根據Makani Power自身針對特大功率風箏渦輪發電機的研發,其利用翼狀“風箏”收集高海拔風能的試驗,已實現的發電成本是使用風力渦輪發電的50%。
KiteGen高空風箏發電MARS系統
為克服傳統風力發電受場地和風向風速因素影響較大等諸多缺點,意大利 KiteGen科技公司將目光投向高空風能,并開發出全新的MARS(Magenn AirRotor System)系統。
MARS系統主要由高空的拖曳風箏和地面的發電設備兩部分組成。拖曳風箏和地面的風力渦輪機相連,并通過安裝在發電設備上的航空感應器來控制風箏旋轉的方向和路徑,以最大限度帶動風力渦輪機旋轉并發電。
與傳統風力發電相比,MARS系統擁有無可比擬的優勢:能從高空獲得穩定風能。“風箏”飛行高度越高,所獲平均風速就越大,發電效率也就越高,而傳統風力渦輪機最高平均高度只有100米左右。
MARS系統不僅發電效率高,占用的空間和面積也非常小。一般來講,一個發電能力為1000兆瓦的傳統風力發電廠所用面積約在250到300平方公里之間,而使用MARS系統的發電廠只需5到6平方公里就可達到同等發電能力。此外,MARS系統每千瓦小時的發電成本約為0.02美元到0.05美元,而石化能源每千瓦小時發電成本在0.05美元到0.09美元,傳統風力發電廠成本則為0.15美元。
對于還處于測試階段的MARS系統,上述優勢也許預示著廣闊的前景。
Windlift仍需研發全自動運行系統
Windlift由Robert Creighton于2006年在美國威斯康辛州建立。美國國防部在2009年9月授予Windlift開發產品的合同。該產品是一個具有12Kw功率的移動可再生能源系統。
Windlift目前的系統使用了一個90厘米直徑的滾筒和一個60千瓦發電機連接,這個發電機最初用于混合動力汽車。風箏通過拉動繩索轉動滾筒帶動發電機發電,電能存儲到鉛酸電池,然后通過控制線使風箏釋放拉力。這個過程還會反過來通過電力帶動電機,反轉滾筒并再次拉緊風箏。
但需要指出的是,Windlift的上述成果仍為半自動運行系統,需要一位操作員手動操作控制桿來飛行機翼。該公司目前正在研發全自動運行系統。