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高空风能

 一飞图书馆 2014-03-07

高空风能

高空风能是指离地面3000米到1万米以上的中、高空风能。

1划分编辑

我国高空的划分有很多种,一般是0-3000米为低空,3000米-6000米为中高空,6000米以上是高空。

2特点编辑

高空风能是人类迄今基本上没有开发利用的新能源,这是一种储量丰裕、分布广泛的可再生清洁能源。
斯坦福大学环境和气候科学家的研究报告指出:高空中蕴藏的风能超过人类社会总需能源的100多倍。高空风的特点是风速大,分布广,稳定性高,常年不断。

3优势编辑

风能与风速的立方成正比(p = ½ρv³,ρ-空气密度,v-风速)——风速增加1倍,风能增加8倍(标准空气密度为1.225kg/m,6000米高空中的空气密度约0.644 kg/m,仅减少1倍左右),因此高空风能可高出地面上的数倍、十数
倍、数十倍乃至成百上千倍。
在高空位置达到较为理想的情况下,高空风电的理论发电时间可以超过95%,年发电时间可高达8200小时以上,小功率的10兆瓦级高空风力发电系统的年发电时间也在5000小时以上。因此,采集高空风能发电可以获得高稳定性、低发电成本的风电,这是高空风电的显著特点之一,也是高空风电相比常规风电的最显著优势之一。

4缺点编辑

根据德国马普生物地球化学研究所研究人员的一项最新研究,高空急流蕴涵的风能资源只有7.5太瓦能量。这个数值只有早先估计的1/200,不足人类基本能源需求的一半。
利用气候模拟,研究人员还发现,如果高空急流如果大规模作为可再生能源使用将会导致的气候变化——高空风机捕获了高空急流的所有能量,高、低纬度地区间的气压差将会消失,整个气候系统将会发生巨大变化,因此会带来大气环境中300太瓦能量的减少,这将带来灾难性后果。
显然,高空急流作为可再生能源的潜力被夸大了。大规模使用高空风能存在一定风险,这提醒我们在利用环境友好的可再生能源时更仔细研究其全球影响。

5革命编辑

能源专家认为,到2030年,高空风能、微藻生物石油、海洋波浪能、核聚变、深部地热能、卫星太阳能系统将成为6种无限能源。
人类迄今基本没有开发利用的高空风能,或将会因新浮空技术的不断开发成功,而在2015年实现利用。据英国《每日邮报》在线版近日报道,有科学家预测,利用高空风能进行发电将不再是天方夜谭,而会成为确定无疑的事实。
利用可再生能源的重要性无须赘述。但人们面临的困扰是,这些能源不像化石燃料那么高密度——可再生能源通常呈分散状。换句话说,为了取得我们要求的能源量,则需要让开采覆盖到更广大的地域。因此,科学家与企业皆在奋力寻觅尽可能密集的可再生能源,而其中,非常有前途的就是没怎么被人类开发过的高空风能。
人们走在街道上感受到的迎面吹来的风,并不能为他们所在的城市提供电力,但于理论上,一台放置在城市高空的风力机器却可以做到,这就是高空风能。但科学家与新能源公司对它感兴趣的理由还不止于此。参照美国《连线》杂志在线版2009年6月15日一篇文章资料,全球最优的高空风力发电源匹配的恰好也是人口密集地区——包括北美的东海岸和中国的海岸线。
利用高空风能发电的原理非常简单:随着与地面距离的增加和表面摩擦的减少,风速将逐渐加大。而每增加一倍速度,其所蕴含的能量在理论上将增加8倍。那么,地球上最强劲稳定的风,就是存在于距离地面4到10公里高的大气对流层,此处风速超过每小时100公里,也比地面风更好预测。
但没有开发者会想建造一个近万米高的大风车,尤其是在人口稠密区。于是,自提出设想以来,高空风电的两种主要框架是:在空中建电站,以电缆输送电力到地面;或者打造一只“大风筝”,风力拉伸产生机械能,再经由发电机转换为电能。
这两种关于高空风电的构架,并非不符合实际,但一直以来却没有任何严格的技术评估。
其中部分因素,是其所需铺设的大量基础设施,以及在实际应用上还需要储存大量备用能源。对政府部门而言,这样漫无边际的工程不是他们想要的,反之则更乐意关注“未来10年左右的时间可以迅速商业化”的项目。  这本是一个长存的困窘局面,不过,美国加利福尼亚州立大学的气象学家克里斯蒂娜·阿彻近日对英《每日邮报》表示,利用高空风能进行发电将会成为确定无疑的事实,因为当前,全球许多公司针对高空风能的利用技术投入了大量研发,其成果或许将在2015年前后打开高空风能的市场。
其中包括,波士顿阿尔塔罗斯能源公司正在研制的60英尺(约18米)高、填充氦气、装置了固定涡轮的类似飞艇的浮空设备;加州玛卡尼电力公司开发的由机载计算机控制的“大风筝”,看起来就像一个滑翔机安了4个高速运作的转子;以及其他种种新式设备。
它们拥有的一个创新点是:以往高空风能的目的地一直是对流层,但当下的公司们更关注2000英尺(约600米)这层“天花板”——在此之上空气空间发生强烈的摩擦。据波士顿阿尔塔罗斯能源公司联合创始人亚当·瑞恩估算,2000英尺高度的风力,为350英尺标准高度地面风机的20倍。
这些高空风能的支持者亦表示,他们的产品更加小巧灵活,且在价格上远优于装备着粗大叶片、塔身必须固定在地表或海洋深处的传统风机。
这种成本的节省便意味着廉价电力。据推算,在实现广泛应用的条件下,高空风能可使得风电价格由当前地面风电的每千瓦时9美分到10美分,降至为2美分。
对此,克里斯蒂娜·阿彻认为,尽管尚不是现实,但这已是人们可预见的最便宜的能源价格。

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