風作為一種能源，很早就被人們利用了起來。而世界上最會用風的國家，大概非荷蘭莫屬。
荷蘭由于其特殊的地理位置，常年盛行西風。再加上國內(nèi)資源缺乏，風就被荷蘭人民充分利用了起來。他們做了大風車，用來取水、灌溉、脫粒、榨油等，也因此形成了本國獨特的風車文化。而到了現(xiàn)代，荷蘭人更是把握住了風力發(fā)電的獨特優(yōu)勢，比如他們國家的火車用電就全部來自風力發(fā)電。
放眼全球，雖然一直在增長，但風力發(fā)電占比仍然不高，其排在化石燃料、核能、水能之后，占比還不到5%。但風力發(fā)電擁有清潔環(huán)保和較大的成本下降的潛力，其在未來發(fā)電格局中地位將更加重要。但依靠每年那么點裝機量的增加，似乎很難在短時間內(nèi)實現(xiàn)逆襲。
如今看來，風力發(fā)電的瓶頸期可能正在到來。
向更高更廣處發(fā)展的風機發(fā)電
目前的風力發(fā)電方式較為單一，主要采用的是我們常見的“三葉大風車”式方法。這種發(fā)電方法原理簡單，風吹動葉片轉(zhuǎn)動，帶動發(fā)電機，從而產(chǎn)生電能。然而這種最簡單的風能轉(zhuǎn)化方式，卻存在著兩個明顯的問題。
第一，發(fā)電機建設(shè)場域不斷擴大。在單位風機發(fā)電量一定的情況下，要獲得更多的電力，就要布置更多的風機。因此，我們常?？吹斤L力發(fā)電往往呈集群式布局特征，一個風力發(fā)電站動輒幾十幾百臺甚至上千臺發(fā)電機。這造成的直接后果就是風力發(fā)電占地面積的不斷擴大。那么，伴隨著裝機擴容而來的土地侵占，將可能掣肘風力發(fā)電的發(fā)展。
第二，風機功率的增加。要想實現(xiàn)在最小的面積上獲得最大的電力，就只能提高單位風機的發(fā)電量。因此，對風機的研發(fā)也呈現(xiàn)出一個明顯的趨勢，那就是個體風機功率越來越大，個頭也越來越高。比如丹麥曾經(jīng)造出了當時世界上最大的風機：每個葉片長達88.4米，風輪直徑180米，高達220米……造這么大的風機，顯然是很費錢的。
造成這種情況的原因，與風的活動位置分不開。我們都知道，越往高處走，風力越大；而地面的風存在很大的不穩(wěn)定性。那么，為了獲取強勁而持續(xù)的風力，人們只好把風機越做大、越做越高。
但是總不能這樣無限制地高下去吧？那樣也太恐怖了。并且在風機大到一定程度之后，會產(chǎn)生一個成本和收益的拐點?？偛荒茉靷€大風機，卻要運行個二、三十年甚至更久才能收回成本吧？那樣也太虧了。
那么，又不想占用過多的土地，又想離天空近點兒，把大風車搬到天上有點兒不太可能。上哪兒去找這么一個替代品呢？
風箏或可一試。
盤旋在天上的風箏，發(fā)電門道不止一種
有人可能不太敢相信：什么？風箏？就那玩意兒還能發(fā)電？
是的，風箏不僅能發(fā)電，而且實驗證明，它的發(fā)電效率要遠遠高出風機發(fā)電許多倍。
風箏發(fā)電這事兒很早就有人提出了。比如富蘭克林18世紀做的一項風箏實驗。他在雷電天氣放風箏，結(jié)果成功捕捉到了從風箏上傳來的電。但這也難說是“發(fā)電”，因為風箏只是起了個傳導的作用。并且向雷取電除了推動發(fā)明避雷針之外，好像也沒有其他太大的價值，因此也就被慢慢遺忘了。
真正的風箏發(fā)電則源于上世紀80年代。美國科學家勞埃德提出了“風箏發(fā)電”的概念，其有四個要點：氣流、風箏、繩索、卷揚機。當風箏垂直于氣流的時候，其拉動繩索來驅(qū)動地面的卷揚機發(fā)電；當風箏與氣流平行的時候，卷揚機再把風箏倒拉回來。以此往復，產(chǎn)生電能。
當然，這只是個理論的雛形，由于條件的限制，關(guān)于風箏發(fā)電的研究一直處于不溫不火的狀態(tài)。直到近幾年科技的飛速發(fā)展，風箏發(fā)電的優(yōu)點被進一步證實，其與現(xiàn)實應用的距離也才在不斷縮小。而且，目前的風箏發(fā)電模式也在靠繩索拉動地面發(fā)電機的基礎(chǔ)上，延伸出了豐富的乃至顯得有點可愛的想象力。接下來，我們介紹幾種目前比較熱門的風箏發(fā)電。
1. 復古式風箏發(fā)電。所謂復古，就是按照勞埃德的風箏發(fā)電原理開發(fā)的發(fā)電方式。英國的風箏發(fā)電公司KPS已經(jīng)建造一個消費層級發(fā)電站。其研制的風箏展開有40米寬，并且能飛到450米的有持續(xù)風力的高空。到了高空之后，有兩個風箏會以8字形的軌跡運動，然后帶動地面的發(fā)動機產(chǎn)生電力。只不過，這兩個風箏是輪流升空，以保證其能夠有持續(xù)的電力輸出。
2. 無人機式風箏發(fā)電。利用無人機升空來發(fā)電是比較普遍的發(fā)電方式。有人就問了，不是風箏發(fā)電嗎，怎么變成無人機了？實際上，這種無人機還需要綁一個繩索與地面相連，以將電力輸送到地面。所以，綁根繩子的無人機，大概也算“風箏”吧……
但“風箏”無人機與普通的無人機不同，其擁有巨大的翼展，以安裝更多的渦輪發(fā)電機。這也是其與復古式風箏發(fā)電不同的地方。前者是在空中發(fā)電然后將電傳輸?shù)降孛?，后者則是直接在地面完成發(fā)電，風箏只起到一個動力的作用。比如Google X的Makani風機，其長達25米，擁有8個螺旋槳，通過高強超輕碳纖維的繩索連接地面設(shè)備。飛到空中之后，其將在有穩(wěn)定風力的地方進行盤旋，帶動渦輪風機旋轉(zhuǎn)發(fā)電。值得稱贊的是，它還能根據(jù)風向自動調(diào)整盤旋姿勢，可謂是會追風的風箏。
3. 可愛的氦氣風箏。無人機風箏算什么？一點都沒有想象力。加州理工學院做的這個風箏根本不需要繩索，在天上可以自由地飛翔，隨便折騰。這個大風箏造型萌萌的，像一個巨大的甜甜圈，發(fā)電機和扇葉全都隱藏在它胖胖的身體里。它的優(yōu)點在于能不受繩索控制，可以隨風而飄，獲取最合適的風力。當然，問題在于，這玩意兒如果不小心飛走了怎么辦……所以如何加強地面控制還是需要進一步研究的。
除此之外，還有谷歌的用風箏綁在船上發(fā)電以給船只提供動力等黑科技想法?？傊壳熬劢褂陲L箏發(fā)電的玩家也越來越多，并且大多數(shù)項目已經(jīng)離開圖紙、走出實驗室，進入了實地實驗階段。也就是說，我們距離真正的風箏發(fā)電時代，很可能已經(jīng)不太遙遠。
風箏發(fā)電，絕不僅僅是因為好玩兒
當然，那么多公司扎堆進行風箏發(fā)電研究，絕不僅僅是好玩兒。其不僅能夠解決傳統(tǒng)風機發(fā)展過程中帶來的問題，還能夠顯著地降低風力發(fā)電的成本。
難道是研制風箏發(fā)電要比風機便宜嗎？非也。風箏發(fā)電之所以節(jié)省成本，主要在于其能夠在高空獲得強力且穩(wěn)定的風源。相較于近地面風力的不恒定，單位時間內(nèi)風箏在高空產(chǎn)生的電能顯然要多于地面。
據(jù)意大利Sequoia Automation公司對自家風箏發(fā)電的分析，其每兆瓦時的發(fā)電成本僅為1.5歐元，相較之下歐洲其他國家每兆瓦時的平均發(fā)電成本為43歐元，那么風機發(fā)電成本就更高了。因此，也就無怪乎那么多公司奔著風箏發(fā)電的巨大成本優(yōu)勢蜂擁而上了。
但是，雖然有如此誘人的價格優(yōu)勢，風箏發(fā)電之路也注定不是一帆風順的。
比如，目前實驗的風箏高度普遍在400米左右，未來可能會突破1000米，甚至更高。這個時候就要考慮風箏發(fā)電是否會對航空飛行造成影響。雖然借助雷達等手段能夠提前避障，但對飛行物而言這仍然是一個潛在的威脅。從這個角度上來說，雖然風箏發(fā)電解決了占地面積的問題，但又引發(fā)了一個空域的問題。因此，風箏發(fā)電的選址必須要考慮到空中飛行的因素，比如有人就建議可以在廢棄的核電站上空進行風箏發(fā)電，因為那里是禁飛區(qū)。
另一方面，如何控制風箏的方向也是一個問題。風箏的飛行方向決定了其是否能最大化利用風力。但其畢竟處于距離地面幾百米甚至上千米的高空，風向很有可能會隨時變化。如果僅僅依靠地面工作人員進行手動操作，無疑會增加工作量和人力成本。那么，風箏上可能就需要一款非常靈敏的風力風向傳感器，并且其能夠在感應到之后自動轉(zhuǎn)向。
除此之外，其中肯定還有其他需要突破的技術(shù)關(guān)卡。但用風箏發(fā)電聽起來就是一件極富想象力的事情。未來俯視地球，當我們看到奔騰的江水、旋轉(zhuǎn)的風車和翱翔的風箏都在為地球的夜晚輸送光明的動力，一定會禁不住拜服于人類的無窮智慧。
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