空中风能：挪威试飞无人机成功，海上风电行业迎来快速增长

工程6（2020）107新闻亮点空中风能为起飞做准备彼得·韦斯高级技术作家在挪威海岸外的一次试飞中，一队风能先驱观看了一架看起来很大的玩具飞机的飞行。从它仍然拴着的浮动的巨型浮标上移开（图1）。为了将近2吨重的实验无人机安全地降落到其浮动基站上，车辆的自动飞行控制系统必须引导它通过风能领导者与“试图平行停放一辆汽车，路边向前，向后，向上和向下移动”相比的机动动作无人机的制造商报告说，由于自动飞行控制系统从研究小组对飞机和浮标在海上可能运动的模拟中获得线索根据巴黎国际能源署（IEA）最近的一份报告，新兴的海上风电行业正在进入快速增长阶段[3]。尽管海上风电技术“目前仅占全球发电量的0.3%，”IEA执行董事比罗尔（Jahh Birol）在2019年10月的报告中写道，“但其潜力近乎无限。从现在到2040年，海上风电的容量预计将增加15倍或更多，并将产生1万亿美元的业务。对于设计和制造无人机的加州公司Makani Technologies来说，2019年8月的飞行测试是“一个重要的里程碑”，该公司首席工程师PaulaEcheverri说。她说，海上风电是“目标运营环境和目标市场，我们认为我们的技术具有巨大价值。”为了利用石油和天然气行业的浮动系统专业知识，Makani在测试前几个月就开始与该行业的荷兰皇家壳牌公司建立合作关系测试还证实，像Makani无人机这样复杂的高科技“空中风能”（AWE）技术仍然年轻，复杂，并且具有很高的失败风险。在同一天的高空飞行测试成功后，第二次着陆并不顺利。马卡尼的一位发言人说，这架无人机由于“微妙而意外的空气动力学效应”而失去了它的标志，因此被损坏和无法使用目前最大和最强大的AWE技术演示器，Makani“M600”已成为这个小型但多产的技术社区的典范，该社区认为，“风筝”提供了一种更好的方式来收获风能，而不是高耸的风力涡轮机点缀着许多景观。因为，根据定义，风筝是系留的飞行设备，AWE专家将无人机称为Fig. 1. Makani制造的原型600千瓦能量风筝在2019年8月挪威海岸附近的飞行测试中从海上风中自动获取电力。风筝通过一根连接到其26米长的翅膀上的系绳连接到其浮动基站，该系绳从结构顶部附近的鼓上缠绕。风筝从鼓右边的倾斜板上降落和起飞，鼓装在翅膀下的一排电动发电机下面的凹槽里图片来源：Makani Technologies，经许可。像马卡尼那样的绳子Makani风筝的图像有一个26米的翼展和八个电动涡轮机，旨在产生600千瓦的功率[6]，为最近两次AWE会议的节目封面增添光彩，分别于2019年10月在英国格拉斯哥[7]和2017年在德国弗莱堡[8]。风筝不需要塔-节省了大量的成本。由于风筝可以达到更强，更大的风通常发现以上约100米海拔的大多数风力涡轮机枢纽[9]，也可以迅速重新定位到一个更好的位置，如果风平息，这些敏捷的飞行器可以在多个方面优于固定涡轮机，AWE研究员Roland Schmehl说，荷兰代尔夫特理工大学（TU Delft）航空航天工程副教授。在近海环境中免除塔架是一个特别有吸引力的提议，因为超过50-60 m的水深使得架设涡轮机塔架的传统方式不切然而，一些深水风力涡轮机项目的开发商已经开始试验海上石油和天然气工业的浮动基础[3]。https://doi.org/10.1016/j.eng.2019.12.0022095-8099/©2020 THE CONDITOR.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版可在ScienceDirect上获得目录列表工程杂志主页：www.elsevier.com/locate/eng108页。 Weiss /工程部 6 （2020）107图二. 2018年6月，一个地面AWE系统在荷兰前海军航空基地Valkenburg的农田上空放飞风筝，该基地现在是包括AWE和无人机在内的无人机技术的欧洲测试和培训中心。为了有效地收集风能，当它远离它的基站（右下），这个自主的，25平方米的风筝操纵在侧风循环或图8的，从风转移到拉风筝的系绳最大的力量当它松开时，系绳旋转一个发电机，将风力牵引转化为电力。图片来源：Kitepower BV，经许可。在两种主要类型的AWE系统中，Makani demonstrator是一种在无动力飞行期间，当风使风筝的涡轮转子旋转时产生的电流风筝使用它的涡轮机作为发动机只用于短暂的活动，如发射或降落，消耗相对较少的能量。在另一种主要类型的AWE系统中，称为“地面发电机”，风将风筝吹到高处，风筝可以有刚性或柔性的翅膀，这样它的系绳就可以解开并旋转发电机，在地面站发电（图10）。 2）的情况。当系绳完全解开时，控制电缆会暂时将风筝翼向下倾斜，这会减少风筝的风力，并允许地面站的绞盘以很小的Schmehl说，在能量收集过程中，风筝像溜溜球一样反复地来回旋转近两个世纪以来，梦想家们尝试了风筝的各种实际用途。少数人已经在有限的程度上实现了他们的梦想，包括风筝拉的马车，船和起重设备。Schmehl说，今天但是工业风筝到目前为止他说，没有取得重大的商业成功在2018年9月由欧盟委托的一份报告中，AWE被描述为尽管如此，该行业仍值得进一步支持，因为其潜在的未来重要性和强大的欧洲领导力。报告还指出，“通过持续自动化操作实现并证明Schmehl说，AWE当某些事情出错时，开发人员不能简单地对禁用的系统进行故障排除。作为一家硅谷创业公司，Makani从截至2018年构成AWE生态系统的60多个大学项目、研究实验室和小型创业公司中脱颖而出。几乎所有的AWE公司在小型私人投资和政府（特别是欧盟）的适度支持下生存下来然而，Schmehl说，Makani得到了更为慷慨的研究项目Bancy-Energy，当时来自谷歌的母公司Alphabet，当时风筝是其Moonshot Factory的一个项目[14]，现在是Alphabet拥有的企业[4]。Echeverri说，虽然Makani风筝仍在开发中，但最近的测试表明她说，在未来，这些问题有她说，随着风筝走向商业化，该公司正在寻求更多的合作伙伴，并预计在上市前还有两针对2018年欧盟报告的保留意见，一些能源风筝专家认为，更简单、更低功耗的地面发电AWE系统可能很快就会获得回报。斯蒂芬·莱格说，作为一个14岁的风筝爱好者，他被用风筝拉船的想法迷住了。在2001年从德累斯顿工业大学获得工业工程学位后，Wrage在德国汉堡成立了SkySails公司，开发基于风筝的推进系统，可以降低远洋货船的燃料成本和排放。基于其专业知识SkySails的首席执行官Wrage说，为了建造简单可靠的工业风筝系统，公司最近增加了一个AWE部门。他说，到2020年底，SkySails Power预计将在毛里求斯为爱尔兰BlythLimited商业集团安装其首个商用AWE系统，功率高达200千瓦。这种大小可以装在一个集装箱里，可以为偏远的村庄、军事或科学前哨基地或灾难现场提供电力。Schmehl说，同样预计其第一次销售很快，在同一功率范围内，是Kitepower，一个AWE剥离从TU代尔夫特，谁共同创立了代尔夫特的公司，并坐在其顾问委员会。Wrage说，潜在客户的兴趣正在急剧增长。‘‘I think the time forpower production with kites is now引用[1] 穆尔菲尔德湖风力发电的先进和新兴技术[互联网]。阿灵顿：全国农村电力合作协会 ;2019 年 3 月 7 日 [ 引 用 2019 年 11 月 29 日 ] 。 可 查 阅 ：https://www.cooperative.com/programs-services/bts/Documents/TechSurveillance-Advanced-Technology-Wind-Generation-March-2019.pdf。[2] 费尔克F.Makani旧金山：Makani Blog（Medium）; 2019年8月15日[引用于2019 年 11 月 20 日 ] 。 可 从 以 下 网 站 获 得 ： https://medium.com/makani-blog/makanis-airborne-wind-power-system-takes-flight-offshore-907 fd 4c 9af86。[3] 2019年海上风电展望[互联网]。巴黎：国际能源署; 2019年10月25日[引用于2019年11 月20 日]。可从 ：https ： //webstore. iea.org/offshore-wind-outlook-2019-world-energy-outlook-special-report.[4] 费尔克F. 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