風(fēng)箏是什么？最簡(jiǎn)單的風(fēng)箏，是由小棍細(xì)繩彩紙?jiān)傻幕ɑňG綠的兒童玩具。

　　大約20年前，越來(lái)越多的沖浪愛好者開始用大型風(fēng)箏代替摩托艇拉著滑板沖浪，20平米大的風(fēng)箏加上強(qiáng)度是鋼索15倍的高科技繩索，可以讓沖浪者飚出100公里開外的時(shí)速，或是飛到15米以上的空中再輕輕滑回水面。

　　眼下，各國(guó)科研人員正在努力賦予風(fēng)箏一項(xiàng)新的功能——讓它成為高空風(fēng)力發(fā)電平臺(tái)。在可預(yù)見的未來(lái)，“風(fēng)電風(fēng)箏”將會(huì)飛入高空，將那里更強(qiáng)勁、更穩(wěn)定的風(fēng)能“捕獲”回來(lái)。

　　三種用風(fēng)箏發(fā)電的方法

　　根據(jù)記載，雖然早在十九世紀(jì)初就有人用大型風(fēng)箏來(lái)拉小火車，但直到1980年左右，才有人著手研究風(fēng)箏發(fā)電的可能性。

　　開創(chuàng)這一領(lǐng)域理論研究的研究人員叫萬(wàn)里-勞埃德，他在加利福尼亞州的勞倫斯·利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室里計(jì)算出，相比于懸在空中某一點(diǎn)，風(fēng)箏在風(fēng)中來(lái)回飛動(dòng)能產(chǎn)生更大的能量，如果翼展能達(dá)到洛克希德C-5運(yùn)輸機(jī)機(jī)翼大小（68米長(zhǎng)），理論上從每秒10米的風(fēng)力中就能獲得兆瓦級(jí)的能量，這已能與當(dāng)今大型地面風(fēng)力發(fā)電機(jī)相提并論。

　　勞埃德提出兩種風(fēng)箏發(fā)電的方式：一是在風(fēng)箏機(jī)翼上安裝類似螺旋槳的渦輪機(jī)葉片，空氣帶動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生電能，然后通過(guò)導(dǎo)電的繩索將電能傳送到地面，這種技術(shù)如今被昵稱作“飛翔的發(fā)電機(jī)”；另一種方案是通過(guò)空中的風(fēng)箏施加給控制繩索的力，帶動(dòng)地面設(shè)備發(fā)電。

　　此外，后來(lái)還有人提出，渦輪葉片既作為能量收集裝置，同時(shí)也是風(fēng)箏的動(dòng)力裝置。

　　與高塔、風(fēng)車式樣的傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)相比，這種“箏載”高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)自有其優(yōu)勢(shì)：這種帶繩索的飛行器能到達(dá)更高的空中，那里的風(fēng)能更加強(qiáng)勁穩(wěn)定。此外，因?yàn)椴挥媒ǜ咚尉薮蟮男D(zhuǎn)葉片，這就大幅度削減了建設(shè)成本和安裝時(shí)間。

　　當(dāng)然，與傳統(tǒng)風(fēng)電設(shè)備相比，尚處于實(shí)驗(yàn)室階段的風(fēng)箏發(fā)電系統(tǒng)還有很多難題要克服。譬如，在這種系統(tǒng)中，風(fēng)箏作為風(fēng)能采集器將高空風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，同時(shí)也是保持系統(tǒng)穩(wěn)定的平衡器，但平衡運(yùn)動(dòng)與做功運(yùn)動(dòng)相互耦合、相互影響，很難設(shè)計(jì)出平衡與做功的最佳控制模式，系統(tǒng)復(fù)雜，持續(xù)性和穩(wěn)定性難以保障。另外還要考慮安全問(wèn)題，碰到雷雨天氣，電站容易被“順繩索而下”的雷電擊毀。

　　剛性翅膀Vs纖維翅膀

　　作為全球開發(fā)精密風(fēng)箏發(fā)電原型的“先驅(qū)者”之一，羅伯特-克萊頓創(chuàng)辦的WindLift公司從2005年開始開發(fā)風(fēng)箏發(fā)電系統(tǒng)，目前他們正在陸地上使用沖浪風(fēng)箏進(jìn)行發(fā)電試驗(yàn)。

　　實(shí)驗(yàn)用的發(fā)電系統(tǒng)包括一個(gè)90厘米直徑的滾筒和一個(gè)60千瓦發(fā)電機(jī)連接，風(fēng)箏通過(guò)繩索拉動(dòng)滾筒帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，然后通過(guò)控制線使風(fēng)箏釋放拉力，在這個(gè)過(guò)程中反過(guò)來(lái)用電機(jī)反轉(zhuǎn)滾筒并再次拉緊風(fēng)箏。

　　現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)面臨的問(wèn)題是，在再次拉緊過(guò)程中，風(fēng)箏需釋放所有拉力或者最好讓拉力為負(fù)，即讓空氣把風(fēng)箏向下推，但風(fēng)箏只有完全收起翼展才能釋放繩索大部分拉力，科研人員因此使用了一種翅膀前面有一條細(xì)長(zhǎng)空氣泡的充氣風(fēng)箏，用來(lái)保持翅膀形狀。即便如此，翅膀還是過(guò)于靈活，再次拉緊時(shí)難以控制。

　　WindLift的風(fēng)箏用的是更接近傳統(tǒng)風(fēng)箏的纖維翅膀，而它的部分競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手則根據(jù)第三種風(fēng)箏發(fā)電的思路，研究使用剛性翅膀，這種設(shè)計(jì)思路更貴、著陸時(shí)更易損壞，但剛性翅膀比纖維翅膀更符合空氣動(dòng)力學(xué)，能從風(fēng)中獲得更多能量。

　　位于加利福尼亞州的Makani Power公司就是這種思路的“龍頭企業(yè)”之一。他們制造的大型碳復(fù)合材料風(fēng)箏，配備4臺(tái)帶螺旋槳的發(fā)電機(jī)。起飛時(shí)，發(fā)電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)，作為風(fēng)箏上天的動(dòng)力；起飛后，產(chǎn)生的升力很快能讓風(fēng)箏不需要其他助力飛行，一旦風(fēng)帶來(lái)的推力和螺旋槳拉力平衡，發(fā)電機(jī)就開始發(fā)電。

　　去年，Makani推出了額定功率30千瓦的風(fēng)箏發(fā)電系統(tǒng)原型。據(jù)了解，它的最終目標(biāo)是在海上部署成型的風(fēng)箏發(fā)電系統(tǒng)，并將生產(chǎn)的電能接入電網(wǎng)。

　　“天時(shí)地利”優(yōu)勢(shì)該怎么用

　　在高空風(fēng)電領(lǐng)域，國(guó)外科研機(jī)構(gòu)擁有“先發(fā)優(yōu)勢(shì)”，占據(jù)著“天時(shí)地利”優(yōu)勢(shì)的中國(guó)，前景同樣看好。

　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球各大地面風(fēng)力發(fā)電站的風(fēng)力密度平均低于1千瓦/平方米，紐約上空急流附近風(fēng)力密度可達(dá)到16千瓦/平方米，中國(guó)陸地上空萬(wàn)米高空處大部分地區(qū)風(fēng)力密度均超過(guò)5千瓦/平方米，而浙蘇魯?shù)貐^(qū)上空高空急流附近風(fēng)力密度甚至達(dá)到30千瓦/平方米，為世界之最。

　　憑借“地利”，近年來(lái)國(guó)內(nèi)也有部分企業(yè)開始涉足高空風(fēng)電項(xiàng)目。

　　2009年11月，我國(guó)首個(gè)高空風(fēng)能發(fā)電研發(fā)中心“廣東高空風(fēng)能技術(shù)有限公司”落戶廣州，公司計(jì)劃利用特制大風(fēng)箏，在幾千米至上萬(wàn)米的高空，利用風(fēng)能和自身重力上下升降，用產(chǎn)生的拉力帶動(dòng)地面發(fā)電機(jī)發(fā)電，公司制定的近期目標(biāo)是：建造2兆瓦產(chǎn)業(yè)化樣機(jī)，建設(shè)10兆瓦中高空風(fēng)能發(fā)電示范電站。

　　在公司網(wǎng)站上，記者看到，該公司使用的技術(shù)叫“傘梯組合風(fēng)能采集技術(shù)”，高空風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)采用模塊組合結(jié)構(gòu)，將升力平衡系統(tǒng)和做功系統(tǒng)相互分開、分別控制。目前，公司已研制出國(guó)內(nèi)首臺(tái)高空風(fēng)能發(fā)電原理樣機(jī)“天風(fēng)一號(hào)”，整套系統(tǒng)安裝在一臺(tái)經(jīng)過(guò)改裝的卡車上，經(jīng)過(guò)數(shù)月的發(fā)電試驗(yàn)，樣機(jī)整體性能基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求。此外，作為“天風(fēng)一號(hào)”的放大和組合型，“天風(fēng)二號(hào)”系統(tǒng)目前已完成2兆瓦級(jí)產(chǎn)業(yè)化基本機(jī)型整體概念設(shè)計(jì)。

　　然而，據(jù)報(bào)道，由于目前這一領(lǐng)域在世界范圍內(nèi)缺乏相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，再加上該項(xiàng)目離產(chǎn)業(yè)化“還有一定距離”，盡管這個(gè)高新技術(shù)研發(fā)中心前景廣闊，但想要申請(qǐng)當(dāng)?shù)卣Y金支持卻一直很困難。