風能是世界上發(fā)展最快的能源,目前裝機容量已達到5萬兆瓦,大約相當于50個核電站。但這種無污染能源的利用也面臨不少問題:比如它會產(chǎn)生噪音,旋轉(zhuǎn)的葉輪機會干擾電視信號接收,而在沒有風的時候,這些風車就顯得大煞風景了;又由于風力不夠穩(wěn)定,據(jù)統(tǒng)計,風車的發(fā)電效率很少能高于三成(實際發(fā)電量與風車全速轉(zhuǎn)動發(fā)電量之比),而如果風刮得過大。像臺風和龍卷風,結(jié)果就更慘了,風車往往會過早“夭折”。
影響風車發(fā)電的最主要的因素有兩個:空氣密度和風速。發(fā)電功率與空氣密度、風速的立方成正比,可見風速對發(fā)電能力的影響十分明顯。風力發(fā)電受地形限制很大,發(fā)電站一般建在向風的高地、廣闊的平原和海岸線附近,而不能建在背風的山上。另外,由于地面的風力不夠穩(wěn)定,也不夠強,即使設(shè)計的發(fā)電能量很大,風車轉(zhuǎn)不快也是徒然。
澳大利亞悉尼技術(shù)大學(xué)的工程師布賴恩·羅伯茨想到的解決辦法是:把風力發(fā)電機放飛到空中,而不是安裝在地面。因為在5000米~15000米同溫層以下的高空,有風速為每小時320千米左右的急流,如果風車能在這一高度發(fā)電,估計效率將達到80%-90%。目前,羅伯茨與另外3位工程師合作,在美國加州圣地亞哥創(chuàng)辦了天空風能公司,以實踐這個異想天開的發(fā)明。
他們研制的設(shè)備名為“飛行發(fā)電機”,它由一個架子和4個螺旋槳組成,根據(jù)羅伯茨的設(shè)想,飛行發(fā)電機將像風箏一樣在急流中盤旋。每個螺旋槳直徑為40米,完全用碳纖維、鋁合金、玻璃纖維等制造飛機的材料組成。與地面相連的“風箏線”具有固定發(fā)電機和傳回電能兩個作用,約10厘米粗,內(nèi)層是導(dǎo)電的鋁絲,外層包著極為堅固的纖維。這個飛行發(fā)電機約重20噸。起飛的時候,由地面向其供電,使螺旋槳旋轉(zhuǎn),像直升機一樣帶動整個結(jié)構(gòu)升空,達到預(yù)定高度后,傾斜為40度左右,這時候一方面利用風產(chǎn)生的升力維持其高度,另一方面利用風力帶動螺旋槳發(fā)電,把2萬伏特的電壓傳到地面。
這個大風箏究竟能制造多少能源?據(jù)羅伯茨估計,如果能放到時速300千米的風域。每個發(fā)電機的功率能達20兆瓦,600個飛行發(fā)電機升空。就能供應(yīng)兩個芝加哥大小的城市用電(芝加哥正好位于北半球急流附近)。至于成本,以目前281萬瓦的設(shè)計發(fā)電能力。一般以美國城市上空80%的風力發(fā)電率計算,每度電的成本絕對比化石燃料便宜。不過高空發(fā)電機需要計算機控制平衡、GPS定位,還要應(yīng)對惡劣天氣,進行機械故障維護,另外還要避開閃電或電暈帶來的損壞。
根據(jù)天空風能公司的計劃,只要獲得了美國聯(lián)邦航空局的批準,他們將在兩年內(nèi)建造出一個功率為200千瓦的發(fā)電機原型。在美國上空進行試驗。羅伯茨說:“我們現(xiàn)在已經(jīng)完成了設(shè)計。確定了太小和重量,并核算了成本,等等。我們做完了所有相關(guān)工作,只需要400萬美元來生產(chǎn)出成品?!?/p>