空中风力发电,新创公司发展得如何?

作者: | 发布日期: 2017 年 09 月 20 日 10:39 | 分类: 产业资讯

有放过风筝的经验就知道,越高空的风力越强越稳定,这也是风力发电机的发展往塔座越来越高、扇叶越来越长方向的原因之一,因为高塔座加上长扇叶可触及更高空的稳定风力。在此同时,Alphabet 旗下马卡尼(Makani)为首的许多新创团队,则认为塔座越做越高、越做越大,不如干脆直接“放风筝”到高空取风,于是有了空中风力发电的构想,做为终有一日风塔无法再更高时,可更往高空发展的接班技术。

如今,这些空中风力发电的团队进行得如何了呢?

先从Alphabet 的马卡尼谈起,2017 年5 月时马卡尼发表影片,试飞一架上有8 螺旋桨的轻型风力发电小飞机,以一条缆线连接地面操作站。小飞机升空后,乘风在空中不断绕圈圈,8 具螺旋桨被动转动发出电力,经缆线传往地面。像这样的空中风力发电方式,由于不需要建筑高耸的塔座,材料使用量远低于当前的大型风力发电机,就成本上来说似乎很有发展潜力。然而,领头的马卡尼似乎遇上逆风,2017 年8 月初,彭博社报导Alphabet 对马卡尼的资源投注减少,导致许多重要员工离职,只剩下“空壳”。

Alphabet 否认放弃马卡尼,表示仍然全力支持马卡尼的空中风力发电计划。X 实验室总裁Astro Teller 表示马卡尼已经走出草创期,如今每4~6 周就试飞一次,Alphabet 总裁谢尔盖·布林(Sergey Brin)也表示,仍对空中风力发电感到兴奋。

马卡尼就是夏威夷原住民语中“风”的意思,马卡尼创办人于2006 年在一场TED 大会上遇见Google 共同创办人谢尔盖·布林与赖利·佩吉(Larry Page),两人当时投资1,000 万美元,2008 年再从Google.org 投资500 万美元。紧接着全球金融风暴来袭,马卡尼资金耗竭,创办人一一离去,剩下的主导人又于2012 年10 月心脏病过世,导致濒临倒闭,于是6 个月后Google 收购马卡尼,从危机中拯救马卡尼,马卡尼从此也与Google X 其他计画一样,变得极为神祕,鲜少再向能源产业界发表技术讯息。

在内部,马卡尼也与其他计画一样接到“10 倍化”的指令,也就是规模要达到原本的10 倍。2014 年,Google 给予马卡尼的预算约为Google X 总预算5 亿美元的5%,也就是约2,500 万美元,马卡尼在资金挹注下团队快速成长,进展有时甚至超前进度,2016 年完成商用等级的空中发电试飞。

然而,能源市场如今有很大不同,当马卡尼刚开始进行研发时,风能、太阳能都还相当昂贵,油价也持续上升,因此开发新的发电方式相当具经济潜力。然而2011 年美国启动页岩气革命,加上311 事件后,德国为首的各国大力补贴可再生能源,造成风能、太阳能产能规模与技术上大跃进,成本与价格快速下降;最后一击是2014 年中起国际油价大跌,以及煤价也大跌,全球进入低能源价格时代,这对新能源开发极为不利。马卡尼虽然已完成商用试飞,却未能与任何电力公司签下供电合约。

马卡尼暂时只能寻求利基市场,如不适合设置传统风机的偏远崎岖地带等,但这样的市场比起主流风机市场小得多,人员也开始缩编,过去2 年从超过100 人缩减到50 人以下,许多早期员工都已离职。Alphabet 承认人员减少,不过表示那是因为马卡尼已从研发阶段进入测试阶段,所以不需要那么多研发人员。

做为分布式能源使用

那么其他空中风力发电团队又发展如何呢?

欧盟出资成立的安斐斯电力(Ampyx Power),技术出自荷兰台夫特理工大学,形式与马卡尼类似,较雷同小飞机,不过发电方式不是利用飞机上的螺旋桨,而是利用缆线拉扯。当小飞机汲取风力以8 字形在空中飞行时,最多可将缆线拉出750 米,拉出缆线时带动缆线轴旋转发电;当小飞机位于8 字形向下坡段,缆线会自动回收,这个过程由精密的自动飞行系统控制其航线与发电,其第三代原型机AP3 可达250 千瓦发电容量,之后的商用机则预计可达2 百万瓦。

安斐斯电力成立于2008 年,如今有50 名员工、40 名工程师,于2012 年完成第一次自动飞行,2017 年有了重大进展,4 月与德国龙头电力公司意昂集团(EON)签订合约,将共同于爱尔兰测试最新2 款发电小飞机,并与意昂测试离岸使用,由于风筝塔建设远比一般离岸风塔快速、弹性,将做为离岸风场建设过程中的供电来源。在意昂集团的背书下,安斐斯电力可说是较有明显进展的空中风力发电企业。2017 年7 月安斐斯电力选定山猫软件(Lynx Software Technologies)的LynxOS-178 2.2.4 即时作业系统,安装于Abaco 的单机板电脑系统SBC314 3U VPX,用来作为风筝自动驾驶系统。

德国新创公司能筝(EnerKite)所研发的30 千瓦发电容量风筝,风筝形状类似滑翔翼,有一条长杆手臂与地面主机连接,长杆顶端伸出操控缆线连接风筝,发电方式也是采缆线轴发电,风筝借由风力以8 字形往高空越飞越高,在此同时拉出更多缆线,拉动缆线轴,借由缆线轴的转动发电。当风筝飞到缆线最大限度时,以少量电力将风筝快速拉回,之后重复这样的循环。能筝系统可安装于卡车,或是安装在一个货柜大小主机,让风能为分布式能源使用。能筝将参加2017 胡苏姆风能产业大展,因此可说应该还在运作,但除此之外没有太多讯息。

意大利新创公司筝发(KiteGen)也采用缆线轴发电方式,其风筝设计类似特技降落伞,当风力将风筝吹高,就拉动缆线轴发电,之后以少部分电力回收。筝发曾于2006 年测试原型机,并打算推出3 百万瓦的陆基空中风力发电,筝发现仍在积极运作,供应商航空材料厂AM Composites 于2017 年3 月时于意大利圣吉廖启用新厂房设施,表示该厂就是专为制造筝发的风筝材料设立。

意大利新创公司筝能(Kitenergy)与筝发技术系出同源,也使用缆线轴发电,筝能采用有如特技风筝的双缆线控制,飞行高度600~1,000 米,发电容量60 千瓦。筝能曾得到数项奖项,并有《富比士》报导,但后续商用化进展迟缓,逐渐淡出媒体焦点。

采用类似技术的还有德国天帆(SkySails),天帆与意大利对手采取不同发展路线,不在陆地上发展,而是寻求海事利基市场,用来为海上船舶提供电力,减少燃料消耗。2017 年6 月时天帆将其风筝安装于一艘帆船上,以空中风力发电提供马达电力。除了本身发电,天帆也会拖着帆船前进,使螺旋桨能回收电力,就这样顺利渡过大西洋。天帆的成功测试,使其发展海事利基市场的努力有实现的机会。

发展空中风力发电的新创事业或团队不只上述6 家,而是远远超过50 家,除新创企业外还有各学研机构的研发团队。然而发展至今,较可能成功的,仅有富爸爸Alphabet 旗下的马卡尼、与意昂签约的安斐斯电力、供应商正在扩厂的筝发、发展海事利基的天帆。塔式风力发电的成本降价太快速,让空中风力发电面临极大考验,暂时只能在塔式风力发电不及之处,例如需要不断移动的临时供电需求,包括偏远临时性作业、船舶等,发展特殊利基,静待时机来临。
(合作媒体:科技新报。图片出处:X 实验室)

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