"我想當(dāng)今處于領(lǐng)先地位的競(jìng)爭(zhēng)者應(yīng)該能通過仔細(xì)設(shè)計(jì)將空氣動(dòng)力效率最大化，提供包含板載飛行控制系統(tǒng)的可以工作在邊緣層的系統(tǒng)"
——Brian MacCleery, National Instruments
空中風(fēng)力發(fā)電正逐漸成為成本低、實(shí)用并且可以用于大型公用規(guī)模的發(fā)電方式
挑戰(zhàn):
在北半球的大部分地區(qū)距離地面幾千英尺的地方，有著能夠與世界上最好的地面風(fēng)力電站媲美的風(fēng)力資源尚未得到開發(fā)。再往上10倍高的對(duì)流層則有著世界上能量密度最高的可再生能源。
解決方案:
Makani Power是空中風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域中資金雄厚的領(lǐng)導(dǎo)者，它相信空中風(fēng)力渦輪（AWT）技術(shù)能夠?qū)⒖砷_發(fā)的地面風(fēng)力資源擴(kuò)大五倍，覆蓋美國大陸表面的80％。空中風(fēng)力渦輪與基于地面的渦輪一起將通過減小發(fā)電波動(dòng)，并縱向拓展能源采集的區(qū)域，幫助緩解能源問題。
您可能是傳統(tǒng)水平與垂直風(fēng)力渦輪的專家，但是您是否聽說過空中風(fēng)力發(fā)電？按照目前新生的空中風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域的創(chuàng)新速度，十年之后“空中風(fēng)力發(fā)電渦輪”將會(huì)成為家喻戶曉的詞匯。在北半球的大部分地區(qū)距離地面幾千英尺的地方，有著能夠與世界上最好的地面風(fēng)力電站媲美的風(fēng)力資源尚未得到開發(fā)。再往上10倍高的對(duì)流層則有著世界上能量密度最高的可再生能源。
利用高海拔風(fēng)力資源可能還需要一些重要的技術(shù)突破，但是靠近地球的空中風(fēng)力發(fā)電將在十年內(nèi)成為成本低、實(shí)用并且可以用于大型公用規(guī)模的發(fā)電方式。大多數(shù)空中風(fēng)力發(fā)電公司都將其重點(diǎn)放在位于距離地面數(shù)千英尺的“邊緣層”。將在這個(gè)海拔下可以用于大型公用規(guī)模的空中風(fēng)力發(fā)電帶入市場(chǎng)并不需要重大突破，僅需要扎實(shí)的工程工作、研發(fā)投資以及富有經(jīng)驗(yàn)的地面風(fēng)力發(fā)電團(tuán)體的支持和指導(dǎo)。
世界上至少有30個(gè)新興企業(yè)和研究小組都在努力讓空中風(fēng)力發(fā)電成為現(xiàn)實(shí)。豐富的商用（COTS）技術(shù)和工具讓他們能夠達(dá)到可觀的創(chuàng)新速度。在過去的幾年中，他們的原型系統(tǒng)已經(jīng)證實(shí)了空中風(fēng)力發(fā)電的基本原則，并且將規(guī)模提高到數(shù)十千瓦級(jí)。行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者的下一步是證實(shí)系統(tǒng)能夠在現(xiàn)場(chǎng)長期連續(xù)可靠地運(yùn)行。
空中風(fēng)力發(fā)電還處于初始階段，因?yàn)楝F(xiàn)在的地面渦輪并不具備很高的性價(jià)比，如果能夠離開地面，就可以讓空中風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域延伸到新的地方。Makani Power是空中風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域中資金雄厚的領(lǐng)導(dǎo)者，它相信空中風(fēng)力渦輪（AWT）技術(shù)能夠?qū)⒖砷_發(fā)的地面風(fēng)力資源擴(kuò)大五倍，覆蓋美國大陸表面的80％。空中風(fēng)力渦輪與基于地面的渦輪一起將通過減小發(fā)電波動(dòng)，并縱向拓展能源采集的區(qū)域，幫助緩解能源問題。
通過同化進(jìn)行創(chuàng)新
空中風(fēng)力發(fā)電從傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域中沿用了許多成熟技術(shù)，有時(shí)甚至使用相同類型的發(fā)電機(jī)、齒輪箱和并網(wǎng)型逆變器。表1比較了地面渦輪和空中風(fēng)力渦輪之間的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)。空中風(fēng)力渦輪的主要不同點(diǎn)是從風(fēng)中提取能量的方式。并非使用大型鋼塔結(jié)構(gòu)，而是使用繩索電纜將系統(tǒng)固定在地面上。不使用旋轉(zhuǎn)葉片，而是使用專門設(shè)計(jì)的機(jī)翼掃過空中的一條路徑提取能量。掃過空中更大截面的能力是空中風(fēng)力發(fā)電吸引人的主要原因之一，從而能夠使用中等大小的機(jī)翼從高空中更強(qiáng)更持續(xù)的風(fēng)中提取大量能量。與傳統(tǒng)渦輪葉片尖端相似，機(jī)翼以風(fēng)速的數(shù)倍在空中側(cè)風(fēng)畫圈或是畫八字形，如圖1所示。空中風(fēng)力渦輪和地面渦輪都根據(jù)相同的空氣動(dòng)力學(xué)法則工作。正如傳統(tǒng)的風(fēng)能一樣，發(fā)電量與空氣密度的一半乘以風(fēng)速的立方成正比（方程1）。
表1. 空中風(fēng)力渦輪借用了基于地面的風(fēng)力渦輪的許多成熟技術(shù)。
圖1. 地面渦輪（左圖）與空中風(fēng)力渦輪（右圖）比較（圖片來源：KIT Energy）
方程1. 和傳統(tǒng)渦輪相似，空中風(fēng)力渦輪的能量輸出與風(fēng)速的立方成正比
因此，風(fēng)速的較小變化將導(dǎo)致能量的較大變化，風(fēng)速翻倍則得到八倍能量。和傳統(tǒng)渦輪葉片尖端相似，機(jī)翼以高速通過空氣，使用空氣動(dòng)力提升有效獲取能量。翼展與風(fēng)力渦輪葉片長度可比，讓空中風(fēng)力渦輪可以掃過更大的空中區(qū)域，從而獲得將近10倍的能量。空中風(fēng)力渦輪可以在不同海拔高度上下移動(dòng)，調(diào)節(jié)飛行路徑從而調(diào)節(jié)風(fēng)力狀況。在機(jī)械結(jié)構(gòu)上，由于空中風(fēng)力渦輪并非固定在地面上，可以在飛行中受到空氣枕緩沖。但是快速移動(dòng)產(chǎn)生的g力負(fù)荷將會(huì)對(duì)機(jī)翼和繩索電纜施加很大的張力。
