Alphabet公司在北海测试风能风筝 | 智能能源

发布日期:2019-11-07 10:00
这些飞行器只是能塑造风能未来的几种空中风能技术之一。

照片:Makani Technologies

这个想法很简单:把风筝或拴在空中几百米高的人工智能无人机送到空中,利用持续的高空风力发电。有了这些技术,人们甚至可能全天候地生产风能。然而,实现这一愿景所需的工程仍在进行中。

上周,数十家致力于开发风能发电技术的公司和研究人员聚集在苏格兰格拉斯哥的一个会议上。他们展示了研究、实验、现场测试和模拟,描述了被统称为机载风能(AWE)的各种技术的效率和成本效益。

今年8月,位于加州阿拉米达的马卡尼技术公司(Makani Technologies)在距挪威海岸约10公里的北海进行了空中风力涡轮机(该公司称之为“能源风筝”)的演示飞行。据Makani公司首席执行官Fort Felker称,北海测试包括了对飞行器的发射和“着陆”测试,然后是飞行测试,在“强劲的侧风”条件下,风筝在空中停留了一个小时。这是该公司风筝和浮标装置的首次海上测试。然而,该公司一直在加利福尼亚和夏威夷进行各种形式的能量风筝的陆上飞行。

菲尔克说:“2016年,我们开始用600千瓦的风筝进行侧风飞行——这是我们系统的发电模式——与我们今年夏天在挪威进行的测试使用的是同一种模式。”(相比之下,目前正在开发的第二强大的风能风筝每只最多只能产生250千瓦的电能)“我们在夏威夷的试验基地致力于使能量风筝系统成熟,以实现持续的不干预操作。”

相比之下,挪威的试验展示了空中风能的强度。马卡尼的26米长的M600原型,部分由荷兰皇家壳牌有限公司(Royal Dutch Shell Plc)制造,只需要一个锚定浮标就可以操作。传统的风力涡轮机必须牢牢地扎根于一直延伸到海底的结构中,因为风力涡轮机的长叶片受到的风力要大得多。因此,马卡尼试验所在的220米深的北海水域根本不适合传统的风能涡轮机,因为它们通常只能在50米以下的深处工作。

正如技术项目经理道格·麦克劳德(Doug McLeod)在2019年机载风能大会上解释的那样,居住在海洋附近的数亿人附近没有浅水,因此无法选择传统的海上风能。

McLeod说:“目前在这些地方还没有可以经济地利用风能的技术。”“作为一种漂浮在空中的风能技术,马卡尼相信我们可以解开这个搁浅的资源。”

他说,M600测试飞行者的浮标实际上是由现有的石油和天然气平台材料制成的。M600飞行器是一架八螺旋桨的单翼机,它的螺旋桨将无人机从位于浮标上的垂直位置发射到空中。它看起来有点像一个背着吉他的旅行音乐家。

一旦飞行器达到高度——它的缆绳目前延伸500米——螺旋桨就会关闭,变成小型风力涡轮机。AWEC2019的联合组织者、荷兰代尔夫特理工大学(Delft University of Technology)航空航天工程副教授罗兰•施梅尔(Roland Schmehl)表示,“飞行者”的8个80千瓦转子将成为一个令人印象深刻的系统,这将是其他公司难以匹敌的。

“这个想法是为了证明你真的可以用这样一个600千瓦的风筝飞到海上,”他说。“这个系统的规模之大,是其他大多数初创公司难以想象的。”

马卡尼公司的首席执行官费尔克说,今年8月在北海进行试飞的目的是不让飞机产生接近额定发电能力的任何东西。而是收集数据,马卡尼的工程师们现在可以用这些数据来进行更多的模拟试飞,以进一步开发他们的系统。

“成功的飞行验证了我们的模型,发射,着陆,侧风飞行从浮动平台确实是准确的,”他说。“这意味着我们可以自信地使用我们的建模工具来测试系统的变化——在模拟中飞行数千小时,在商业运营之前继续降低我们的技术风险。”

机载风能系统的类型

来自世界上第二大敬畏系统——总部位于荷兰海牙的Ampyx Power公司的AP-3系缆飞行器——的代表也在AWEC2019年年会上提交了进展报告

Ampyx Power公司的项目经理Soren Sieberling说:“我们想要真正体验在我们的AP-3项目中安装一个商用规模的机载风能系统的成本。”

Schmehl说,Ampyx公司正在最后确定其代码和原型机,以尽快测试该系统。据Ampyx的一名代表说,AP-3仍在海牙的公司总部进行测试和开发。该公司预计明年将在爱尔兰进行AP-3的试飞。

与马卡尼不同的是,ampyx公司的AP-3是利用风力来牵引绳索,而马卡尼公司的M600是通过在高空旋转的转子产生风能,然后通过缆绳向下输送电力。所以AP-3的发电机在地面上。因此,风筝必须花费一些飞行时间将线放回原处,这样它才能再次将线拉出。
Schmehl说,AWE领域如今活跃着许多研究项目和初创公司。Schmehl是代尔夫特市一家名为Kitepower的公司的顾问,该公司正在开发一个100千瓦的AWE系统。

德国公司kiteswarm正在把多架无人机拴在绳上,希望这一策略能在扩大技术规模的同时增加无人机的能力,提高可靠性。挪威的Kitemill和瑞士的Twingtec采用垂直起降的方式,将飞机提升到可以发电的高度。

其他一些公司使用高顶降落伞式的风筝来产生普通的旧式推进力。根据他们的网站,德国的SkySails公司使用令人敬畏的“风筝”在海上推动船只,包括他们的未来主义的、太阳能动力的SkySails双体游艇。

荷兰风景艺术家达安·罗斯加德(Daan Roosegaarde)开发了一个名为“风之凝胶”(Windvogel)的公共艺术项目,利用霓虹灯绿绳在晚上放飞令人敬畏的风筝。它看起来就像巨大的光剑在天空中战斗。

Schmehl预测,最终,敬畏项目的范围将会缩小,缩小到能够解决现实世界问题的技术。不过,就目前而言,该领域正享受着快速增长带来的好处。

“作为一个行业,我们现在必须开始赚钱,停止为最终的、完美的最终产品而开发,”Schmehl说。“我们应该……下水,开始销售和操作系统。”