高海拔的风既稳定又强大,是个发展风力发电的好去处,西班牙马德里卡洛斯三世大学(UC3M)就结合无人机与风筝,开发出可捕获位于海拔 500 米狂风的设备。
风力发电为历史相当悠久的再生能源,通常都是透过 3 个叶片将风的动能转换能电力,而随着风能技术日新月异,现在科学家为了拦截风速更快、更稳定的风,风机高度已从现在的 90 米朝 200米迈进,想必未来世界上会有愈来愈多陆上与海上巨人。
而捕获风的方式并非只有风机形式,不然若要捕获高海拔的强风,人们就得打造出 4、500 米的巨型电风扇了,高空风力发电机(Airborne Wind Energy,AWE)技术也因此应运而生,许多科学家舍弃过去大型的塔形结构、集电环与设计偏航机构,纷纷推出各种具有发电功能的轻便型滑翔翼、风筝与无人机等新设备。
通常这些 AWE 都会搭配一条缆线来连接地面发电机,设备会在高海拔区域沿着 8 字形轨迹飞行,期间会不断拉扯缆线以带动发电机发电。先前瑞士新创团队 Skypull 研发的箱翼式(Box Wing)无人机便是如此,缆线拉尽时无人机会自动下降,让绞盘回收缆线,之后就再度起飞并持续循环。
此次 UC3M 的新设备远远看起来就像是绿色的降落伞或是冲浪用的风筝,团队则计划在风翼上装设小型风涡轮机,电力会经过电缆系绳传送到地面,可在海拔 500 米处飞行并拦截风能,UC3M 生物工程和航太工程系究员 Gonzalo Sánchez Arriaga 表示,为了这项设计,团队已整合电机工程和航太领域的电机设计、气动弹性学、无人机设备与系绳动力学。
Gonzalo Sánchez Arriaga 表示,新设备的优点在于,可捕捉高海拔的强风、人们也可轻易移动设备,相当适合用在偏乡地区和灾区。
只是研究还没有提到新型风筝的发电量,UC3M 航太工程师 Ricardo Borobia Moreno 指出,目前正在测试新系统在空中的表现,评估发电量以及安全性,先前则是运用模拟器(simulator)来研究 AWE 如何运作与最佳化设计。
现在研发出的两组风筝已装有测试仪器,可纪录风筝位置、飞行速度与角度以及系绳拉力,之后团队就能可以进一步测量系绳拉力来估算风筝产生的气动力。
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(首图来源:UC3M)
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