在綠色能源中，風電是后起之秀。它取之不盡，環(huán)境污染輕，發(fā)電功率可大可小，使用靈活。大的風電機可以幾兆瓦，小的船用機只要數(shù)千瓦。但風電也有占地面積大，發(fā)電成本高的缺點。為興利除弊，科學家又想出了空中風力發(fā)電的新點子，也許要不了10年，風箏風電就會造福人類了。
　　空中風電的優(yōu)勢
　　風能是太陽能的衍生兄弟，太陽的光熱造成大氣環(huán)流，這才有了風。但由于地表地貌復(fù)雜多變，近地的風各有不同，海邊裸地風力強勁，內(nèi)陸多數(shù)風力平平。有時氣流相對靜止，近地也有無風的日子。高空就不一樣了，隨著與地面距離的增加，摩擦減少，風速會逐漸加大。每增加一倍風速，蘊含的能量將增加8倍。
　　氣象學家認為，地球上最強勁穩(wěn)定的風，存在于距離地面4到10千米高的大氣對流層，此處風速超過100千米／小時，也比地面風更好預(yù)測。我國科學家研究表明，北京市上空百米高度的平均風速是4.1米／秒，能量密度是78瓦／平方米；700米高度的風速是7.3米／秒，能量密度430瓦／平方米；而在萬米高度，風速達到34.5米／秒，能量密度則上升到16275瓦／平方米。青島的條件則更好：100米高度風速5.5米／秒，能量密度194瓦／平方米；700米高度風速7.5米／秒，能量密度470瓦／平方米；萬米風速40.8米／秒，能量密度高達22584瓦／平方米。因此，科學家們提出將風車渦輪發(fā)電機飄在海拔4600米到10000米的高空，利用大氣層氣流，吹動風車葉片旋轉(zhuǎn)發(fā)電，是比現(xiàn)行風力發(fā)電更好的風能利用方式。
　　新穎的風箏電機
　　美國加利福尼亞風電研究所的羅伯茨，研究設(shè)計了一種“高空風車”。它的主要組件是風車渦輪發(fā)電機。它有2-3片螺旋槳般的葉片，還有一個使它們與風向保持一致的尾端風向標。輕型復(fù)合鋁材料制成的渦輪葉片，四周被一個環(huán)形層壓材料遮蔽結(jié)構(gòu)環(huán)繞，在“聚焦”風力的同時，讓渦輪機保持漂浮狀態(tài)，類似一個內(nèi)裝氦氣的噴氣發(fā)動機。使用時一般讓數(shù)十上百個風輪機，集中在一個區(qū)域形成“風車場”，然后將所發(fā)電力集中起來輸送給用戶。
　　目前，世界最大的“風車場”位于美國加利福尼亞州阿爾塔蒙特山口，那里有7000多臺空中風車，發(fā)電量占了美國風力發(fā)電總量的90％以上。
　　空中風車就像“大風箏”。上天時，通過連接到地面絞盤的電纜傳導(dǎo)地面電力，風車葉片可像直升機螺旋槳一樣旋轉(zhuǎn)，帶著發(fā)電機飛向高空。通過衛(wèi)星定位系統(tǒng)確定方位，到達理想的高度后，風輪機上的控制儀，開始調(diào)整“大風箏”迎風傾斜的角度，使其懸停在高空。
　　電纜就像風箏線，把空中發(fā)電機牢牢系在地面。這時，地面電站停止供電，讓時速近320千米的強大氣流吹動風車葉片發(fā)電。這些電流通過同一根電纜經(jīng)地面電站中轉(zhuǎn)，最后送到用戶家中。需要返回地面時，“高空風車”就用自己的電力，絞動地面的電纜絞盤慢慢落下。
　　為降低總體質(zhì)量，“高空風車”的渦輪機采用碳纖維、鋁和玻璃纖維制造，重約兩噸。它的核心有一根高強超輕碳纖維纜繩，這種纖維早已被用來制造網(wǎng)球球拍線和美國宇航局飛船上的安全氣囊，足夠結(jié)實，所以不需擔心“大風箏”斷線飛離，如果改用石墨就更保險。
　　又一種創(chuàng)新設(shè)計
　　最近意大利的風電專家，設(shè)計了“MARS”高空風力發(fā)電系統(tǒng)。它由高空的拖曳風箏和地面的發(fā)電設(shè)備兩部分組成。
　　拖曳風箏是將一組大風箏用纜繩串連在一起，組成風箏環(huán)，然后放飛到幾千米的高空中。這些風箏由電腦自動控制改變各自的姿勢，使風箏環(huán)一邊比另一邊獲得的風力高，帶動整個風箏環(huán)旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的動力。線纜和地面的風力渦輪機相連，并通過安裝在發(fā)電設(shè)備上的航空感應(yīng)器，控制風箏旋轉(zhuǎn)的方向和路徑，最大限度帶動風力渦輪機旋轉(zhuǎn)發(fā)電。
　　雖然目前該系統(tǒng)還處于測試階段，科學家認為它的前景非常廣闊。與傳統(tǒng)風力發(fā)電相比，MARS系統(tǒng)擁有無可比擬的優(yōu)勢：它能夠從高空獲得穩(wěn)定的風能。風箏飛行的高度越高，所獲得的平均風速就越大，發(fā)電的效率也就越高，而傳統(tǒng)風力渦輪機最高平均高度也只有100米左右。
　　MARS系統(tǒng)不僅具有發(fā)電效率高的優(yōu)勢，而且占用的空間和面積也非常小。一般來講，一個發(fā)電能力為1000兆瓦的傳統(tǒng)風力發(fā)電廠，占用的面積在250-300平方千米之間，而使用MARS系統(tǒng)的發(fā)電，只需使用5-6平方千米的面積，就可以達到同等發(fā)電能力。
　　飛艇電站也風流
　　美國和加拿大的科學家，還發(fā)明了“飛艇風車”，它是桶形風車與飛艇的結(jié)合體。內(nèi)充氦氣的飛艇帶著風車飛到空中，利用那里的強風吹動葉帆旋轉(zhuǎn)。飛艇則通過電纜錨在地面，發(fā)出的電由電纜輸送。家用型飛艇風車有汽車房屋大小，放飛到45～120米的高空，最高發(fā)電能力為4千瓦；發(fā)電場型的有普通飛艇大小，放飛高度為120～280米。
　　“飛艇風車”的桶形葉帆，在風速低于3000米／小時仍可運轉(zhuǎn)發(fā)電。飛艇的材料柔韌，降落速度慢，墜毀時很安全，也不會影響空中航線。因為飛艇的體形可大可小、技術(shù)要求低，成本也不高，家用型飛艇大約造價10000美元。一個100千瓦的軟式小飛艇產(chǎn)生的電量，可滿足大約40個家庭的用電需求。它可以為偏遠的軍事基地、訓(xùn)練營地或者沒有通上電的小村落送電。現(xiàn)在，這些地方依靠昂貴的柴油發(fā)電機滿足用電需求，并不合算。
　　空中渦輪機可以裝進集裝箱，在救災(zāi)時能運到災(zāi)區(qū)，解決急需電力供應(yīng)的災(zāi)區(qū)的燃眉之急，是進行人道主義援助的理想設(shè)備。
　　空中風電有難題
　　空中風電的杰出優(yōu)點是價格便宜?；鹆Πl(fā)電每千瓦時的發(fā)電成本在0.05美元到0.09美元，傳統(tǒng)風力發(fā)電廠的成本為0.15美元?？罩酗L電每千瓦時的發(fā)電成本約為0.02美元到0.05美元。但是，發(fā)展空中風電，需要鋪設(shè)大量基礎(chǔ)設(shè)施，在實際應(yīng)用中還需要儲存大量備用能源。所以，吸引投資是發(fā)展空中風電的難題。
　　空中風電如何面對惡劣的天氣，也是一個問題。雷電時節(jié)，要回收設(shè)備嗎?需要著陸時該如何具體實現(xiàn)?科學家正在進行方案設(shè)計，已有可靠的回收辦法。回收、放飛的來回折騰十分麻煩，能不能讓空中風電站不怕雷電，永駐空中?要繼續(xù)研究。
　　高空風能的發(fā)展也會有安全與環(huán)境問題。首先，風電站周圍的居民安全必須得到保證，不會因為高空風機及其輸電線路的墜落而受到傷害。天高憑鳥飛，空中是鳥類活動的天堂，空中風電不能影響鳥類等自然動物的生存?？茖W家的辦法是將風機的位置，放在鳥類遷飛路線的上面，但對高飛的天鵝、燕鷗等的保護，還沒有好辦法。當然，空中風電站也要遠離航線，在航線附近的要設(shè)置空中警示區(qū)。
　　至于飛艇等掉下來砸人，科學家認為危險系數(shù)極低，因為研發(fā)中所使用的都是已運行數(shù)十年之久的技術(shù)，況且現(xiàn)在碳纖維、石墨烯這樣高強度高韌性的材料，都可以用在太空電梯上，何愁牽不牢小小的空中發(fā)電風