风能:用涡轮机换风筝

导读 从风筝或其他高空飞行的系留风能收集器中利用风能的想法非常多,但大多数在经济上是不可持续的,尽管它们很漂亮、令人振奋并且看起来很有趣

从风筝或其他高空飞行的系留风能收集器中利用风能的想法非常多,但大多数在经济上是不可持续的,尽管它们很漂亮、令人振奋并且看起来很有趣。风筝很受欢迎。他们能发电吗?

柏林风能开发商 NTS GmbH 的创始人正在向天空发射特技风筝,以利用风并将产生的动能转化为电能。

特技风筝被用于风筝冲浪这种时尚的体育活动,参与风帆冲浪和特技风筝飞行的爱好者数量以惊人的速度增长。当风抓住风筝时,冲浪者被带到空中数米;跳跃越大,刺激越大。但现代特技风筝不仅仅是一件运动器材,它还有潜力成为有用的能源生产者。

特技风筝的空中运动可用于驱动发电机,而发电机又将动能转化为电能。 NTS GmbH 的员工引进了位于斯图加特的弗劳恩霍夫制造工程和自动化 IPA (FIMEA) 研究所。项目合作伙伴打算使用他们的新方法在高达 500 米的高度利用强风的力量。

FIMEA 的工程师 Joachim Montnacher 解释了“风筝发电站”的工作原理。“风筝在 300 到 500 米的高度飞行,位置非常适合被强风捕获。大约 700 米长的电缆将风筝拴在车辆上,并将它们拉到轨道上的电路周围。然后发电机将车辆的动能转化为电能。控制和测量技术位于车辆上。”

与依赖转子的传统风力涡轮机技术相比,风筝技术具有广泛的优势。地面上的风速往往很低,但你走的越高,风速就会急剧增加。在 100 米的高度,风速约为每秒 15 米;在 500 米处,它们每秒超过 20 米。

Montnacher 指出,“风筝的发电量远远超过风力涡轮机,其转子尖端在最大高度旋转 200 米。风速加倍(更高)会产生八倍的能量。根据风力条件,8 个总表面积高达 300 平方米的风筝相当于 20 个传统的 1 兆瓦风力涡轮机。”

风筝的高度优势部分解决了阻碍风力涡轮机的风的稳定性,因为你走的越高,风越大。德国过去一年的数据显示,在 10 米的高度,风速达到每秒 5 米的可能性只有 35%,但在 500 米的高度,这种可能性高达 70%。

另一个优势是构建一个不需要数百吨重的塔的系统的成本要低得多。

项目合作伙伴分工:NTS GmbH 将设计风筝并建造高空风电场,FIMEA 的研究人员将负责开发控制和测量技术,包括电缆绞盘机构和电缆存储。

控制单元的工作之一是将测量信号传输到电缆控制和风筝调节机构。位于每条电缆线中的水平和垂直角度传感器以及电缆分配器内的力传感器可确保在风筝沿着上方的 8 字形或正弦波飞行路径时精确控制风筝的运动。这些飞行动作产生高达 10 千牛顿 (kN) 的高拉力——这意味着 20 平方米的风筝(约 24 平方码或略小于 15 平方英尺)具有拉一公吨的能力。每辆车将由不同的飞行系统牵引。

在梅克伦堡-西波美拉尼亚的一个测试地点,FIMEA 研究人员和 NTS GmbH 已经能够沿着 400 米长的直线轨道在其处女航中发送风筝。一个类似于用于飞行模型飞机的遥控器被用来手动控制风筝。该团队现在想要重新配置测试轨道,使其成为一个循环。计算机最终将用于实现对风筝的全自动控制。

NTS GmbH 董事总经理 Guido Lütsch 说:“根据我们的模拟,我们可以使用 NTS 轨道运行总共 24 个风筝,每年产生 120 吉瓦时 (GWh/年)。从这个角度来看,一个 2 兆瓦的风力涡轮机每年的发电量约为 4 GWh。因此,一个 NTS 系统可以取代 30 台 2 兆瓦的涡轮机,并为大约 30,000 户家庭供电。”

随着演示轨道上的成功试飞,项目合作伙伴相信他们的计算机模拟将在现实中站得住脚。第一批投资者已经加入。

听起来很不错。有几个麻烦的问题。一是涉及的土地面积,二是重新放飞风筝的问题。然后是他们中的 24 个人平静下来,一下子下来的问题。

巨大的优势是风筝可以在比风力涡轮机友好地区更多的地方工作,收集能量更靠近需要和使用的地方。建造成本优势可能远远超过土地面积问题,并且重新放风筝的技能不能太苛刻。

风筝创意已经看到了许多非常创新、昂贵和高功率的生产创意。这可能是商业化的。加入规模、优化和经验后,它会变得非常有效率。让他们飞吧!

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