風(fēng)箏發(fā)電的科學(xué)原理是什么
放風(fēng)箏和發(fā)電似乎是風(fēng)馬牛不相及的事，但是現(xiàn)在有很多的科學(xué)家都會利用放風(fēng)箏來發(fā)電。下面是百分網(wǎng)小編為你精心推薦的風(fēng)箏發(fā)電的科學(xué)原理是什么，希望對您有所幫助。
風(fēng)箏發(fā)電的科學(xué)原理
風(fēng)箏借助風(fēng)力發(fā)電的原理很簡單。放風(fēng)箏時，風(fēng)箏的平面幾乎垂直于風(fēng)向，從而產(chǎn)生了最大的上升拉力，這種拉力就作用在放風(fēng)箏的繩索上。風(fēng)箏的繩索拉動固定在地面上的轉(zhuǎn)盤(卷揚(yáng)機(jī))上，使之轉(zhuǎn)動，再由轉(zhuǎn)盤帶動發(fā)電機(jī)，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動時，便能發(fā)出電來。
能發(fā)電的風(fēng)箏當(dāng)然不是我們在公園里常見的“娛樂型”風(fēng)箏。這些發(fā)電風(fēng)箏通常面積大、重量輕、抗風(fēng)力強(qiáng)，風(fēng)箏面采用高強(qiáng)度輕質(zhì)材料制成。放飛這些發(fā)電風(fēng)箏，當(dāng)然也不再是靠人的雙手，而是要通過專門的設(shè)備來進(jìn)行。所以，風(fēng)箏上還需要安裝多種傳感器，以便控制風(fēng)箏的高度、風(fēng)箏平面的傾角等。
風(fēng)箏在受風(fēng)力作用上升的過程中，拖動地面上的卷揚(yáng)機(jī)發(fā)電。當(dāng)它升到一定高度后，就需要收回并重新放飛。這時，控制器控制風(fēng)箏的平面，使之幾乎平行于氣流方向，這樣，風(fēng)箏返回的阻力最小。由于風(fēng)箏發(fā)電只有在風(fēng)箏上升時才能做功發(fā)電，收回時并不做功，因此，單個風(fēng)箏發(fā)電是間歇性的�？梢杂脙蓚�風(fēng)箏帶動同一臺發(fā)電機(jī)，當(dāng)其中一個風(fēng)箏升空做功發(fā)電時，另一個風(fēng)箏是逆程返回，兩個風(fēng)箏輪流工作，就能使發(fā)電機(jī)處于持續(xù)發(fā)電的狀態(tài)了。
風(fēng)箏借助風(fēng)力發(fā)電的成本很低，據(jù)估計(jì)只是平均發(fā)電成本的1/30，因此是很有前途的一種發(fā)電新方式。
風(fēng)箏發(fā)電機(jī)原理
風(fēng)箏風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理很簡單：風(fēng)箏在風(fēng)力作用下，帶動固定在地面的'旋轉(zhuǎn)木馬式的轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤在磁場中旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生電能。對于每個風(fēng)箏而言，轉(zhuǎn)盤都會放開一對高阻電纜，控制方向和角度。風(fēng)箏并非是我們在公園常見的那種類型，而是類似于風(fēng)箏牽引沖浪的類型———重量輕、抵抗力超強(qiáng)、可升至2000米的高空。支持者稱，這種旋轉(zhuǎn)木馬發(fā)動機(jī)的其他組件加起來的成本也只有36萬歐元，而且只需要有限的空間。據(jù)他們估計(jì)，即便直徑只有320英尺(100米)，風(fēng)箏風(fēng)力發(fā)電機(jī)也可產(chǎn)生5億瓦的能量。對巨杉自動控制公司而言，幸運(yùn)的是，該公司員工可將它們帶回家仔細(xì)研究。這家公司的核心產(chǎn)業(yè)是傳感器設(shè)計(jì)和工業(yè)自動化裝置。R&D負(fù)責(zé)人馬西莫·伊波利托受其懸掛式滑翔和風(fēng)箏牽引沖浪等周末愛好的激發(fā)，開始琢磨一種特殊的風(fēng)力發(fā)電裝置概念，最終風(fēng)箏風(fēng)力發(fā)電機(jī)誕生了。
風(fēng)箏中的作用
�、俟爬系娘L(fēng)箏，已經(jīng)不僅僅是娛樂玩具，在科學(xué)技術(shù)高度發(fā)達(dá)的今天，風(fēng)箏同樣在為人類作貢獻(xiàn)!
②風(fēng)箏又名紙鳶(yuān一種兇猛的鳥)、紙鷂(yào雀鷹)，最早發(fā)源于中國，至今已有2000多年歷史。據(jù)說巧匠魯班就曾“削竹為鵲，成而飛之”，應(yīng)當(dāng)說這是風(fēng)箏的前身。五代時期的李鄴，曾在宮中以線放紙鳶為游戲，又別出心裁地在鳶的頭部安裝竹笛，風(fēng)入竹哨，發(fā)出像古箏一樣的響聲，因此得名“風(fēng)箏”。英國著名學(xué)者李約瑟把風(fēng)箏列為中華民族的重大科學(xué)發(fā)明之一。美國華盛頓國家航空和空間博物館中有一塊說明牌上也醒目地寫著：“最早的飛行器是中國的風(fēng)箏和火箭�！�
�、埏L(fēng)箏的發(fā)明，對科學(xué)技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了深刻的啟示：1749年，美國一位名叫威爾遜的天文學(xué)家，研制成世界上第一臺空中試驗(yàn)儀。他用6只風(fēng)箏將天文儀器吊到700多米的高空中進(jìn)行科學(xué)試驗(yàn)，第一次測到了大氣的溫度，并取得了一些重要的理論數(shù)據(jù)，推動了天文學(xué)的發(fā)展。1752年，美國科學(xué)家富蘭克林曾用風(fēng)箏掛上一只鐵鑰匙，在雷電交加時，把風(fēng)箏送上天，引來雷電，從而證明了雷電也是一種放電現(xiàn)象，避雷針也由此發(fā)明。1804年，英國的喬治格雷爵士用兩只風(fēng)箏作機(jī)翼，研制出了一架5英尺的滑翔機(jī)。1894年，英國科學(xué)家設(shè)計(jì)了一只供戰(zhàn)場觀察的軍用風(fēng)箏，其作用猶如當(dāng)今的衛(wèi)星電視轉(zhuǎn)播……
�、茏罱茖W(xué)家提出了利用風(fēng)箏發(fā)電的新方法。據(jù)估計(jì)，風(fēng)箏風(fēng)力發(fā)電機(jī)獲得每千度電的成本僅有1.5歐元。而歐洲國家每千度電的發(fā)電成本平均為43歐元，風(fēng)箏風(fēng)力發(fā)電機(jī)的成本僅是后者的三十分之一。
⑤據(jù)報道，俄羅斯物理學(xué)家在這方面作過探索。他們將50個巨大的風(fēng)箏，放到空中從上至下排成一串，看上去就像一架通天的梯子。每個風(fēng)箏伸展開來足有足球場那么大。而牽扯這些風(fēng)箏的繩索約有6000米長，路燈桿那么粗。假如風(fēng)箏所在高度的風(fēng)力不足的話，人們還可以放松繩索使風(fēng)箏升高。意大利科研人員計(jì)劃建造發(fā)電能力在幾兆千瓦范圍的大型設(shè)備，并在計(jì)算機(jī)上成功地進(jìn)行了模擬計(jì)算。設(shè)想的風(fēng)箏發(fā)電裝置，在風(fēng)力作用下能夠帶動固定在地面的旋轉(zhuǎn)木馬式的轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤在磁場中旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生電能。這種風(fēng)箏重量輕，抵抗力超強(qiáng)，可升至2000米的高空。一個直徑1000米的巨輪便可以提供250兆瓦的發(fā)電能力。這將是第一臺發(fā)電能力和常規(guī)電站不相上下的可再生能源發(fā)電設(shè)備。
�、薮送猓茖W(xué)家還設(shè)計(jì)建造家用式的高空風(fēng)力發(fā)電設(shè)備。房主可以把這樣的設(shè)備安裝在自家房頂上，或許還可以替代太陽能電池。這些小型風(fēng)箏梯子只需100米或者200米高，就可以足夠?yàn)橐粦羧思姨峁⿴浊叩碾娏Α?/p>
�、弋�(dāng)今，風(fēng)箏在科學(xué)試驗(yàn)和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用更為廣泛。利用風(fēng)箏作海洋救生工具;利用風(fēng)箏牽引船只;利用風(fēng)箏傳遞信件;在風(fēng)箏上安裝無線控制照相機(jī)，進(jìn)行空中攝影;在風(fēng)箏上安裝噴水器，噴灑懸崖上的植物……這些應(yīng)用極大地方便了人類的生活。
風(fēng)箏發(fā)電的前景
在經(jīng)過6年的艱苦研究和申請了7項(xiàng)專利后，他領(lǐng)導(dǎo)著一個20人的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出可發(fā)電的巨型旋轉(zhuǎn)木馬（carousel）。該小組認(rèn)為這一裝置將在未來兩年內(nèi)投入使用。48歲的伊波利托說：“它被稱之為一場革命，但我將此看作是新能源未來的一部分。一旦將光電發(fā)電、光熱發(fā)電及風(fēng)箏風(fēng)力發(fā)電機(jī)有效結(jié)合在一起，我們就能盡力滿足日益上升的全球電力消耗的需求�！�
伊波利托認(rèn)為，鑒于其覆蓋區(qū)域小卻可產(chǎn)生巨大能量的特點(diǎn)，風(fēng)箏風(fēng)力發(fā)電機(jī)將成為首選風(fēng)力發(fā)電機(jī)，使其優(yōu)于諸如滑翔機(jī)發(fā)電機(jī)和風(fēng)車等類似項(xiàng)目。迄今為止，這一項(xiàng)目看上去極富前景。一種稱為MobileGen的小型便攜式風(fēng)箏風(fēng)力發(fā)電機(jī)（由平板載貨車?yán)У囊粋�風(fēng)箏）在8月份的測試發(fā)射中就取得了進(jìn)展。它能產(chǎn)生一定的能量，另外還有一系列改進(jìn)。伊波利托表示，研究人員看到這種發(fā)電機(jī)運(yùn)行時的心情簡直難以言表。盡管如此，風(fēng)箏風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)展前景似乎并不能一帆風(fēng)順。有人雖對這一概念表示贊賞，但仍持一種觀望態(tài)度。
優(yōu)點(diǎn)
為意大利政府機(jī)構(gòu)ENEA研究再生能源的盧西亞諾·佩拉奇（Luciano Pirazzi）說：“鑒于風(fēng)箏風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電量及低成本，這確實(shí)是一個令人神往的項(xiàng)目。不過，該項(xiàng)目仍存在一系列不確定因素———目前，它基本上還只是停留在繪圖板上的一個概念而已。其可行性有待于進(jìn)一步證明。”人們心中對這種新型發(fā)電機(jī)的巨大疑問包括，發(fā)電機(jī)的安放位置以及令人頭痛的空域許可證行政審批手續(xù)等問題。根據(jù)專家的推測，風(fēng)箏風(fēng)力發(fā)電機(jī)有可能會聳立在曾是特里諾維切累斯核電站所處區(qū)域的上空，那里早已是禁飛區(qū)。
到2010年，意大利必須將其再生能源的比例增至總電量的22%，以滿足歐盟再生能源政策目標(biāo)的要求。風(fēng)力發(fā)電是再生能源的一個重要組成部分，而來自國內(nèi)外企業(yè)的競爭有望進(jìn)一步加劇。因在風(fēng)箏風(fēng)力發(fā)電機(jī)項(xiàng)目上的出色表現(xiàn)，巨杉自動控制公司被授予了“2006世界再生能源獎”。
風(fēng)箏風(fēng)力發(fā)電機(jī)也使都靈公用事業(yè)公司AEM相信其所具有的巨大價值，這家公司最終同意承擔(dān)風(fēng)箏風(fēng)力發(fā)電的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)40%的費(fèi)用，并作為技術(shù)合作伙伴在合約上簽了字。這是AEM公司首次進(jìn)行此類項(xiàng)目的投資，這家公司距意大利主要進(jìn)行風(fēng)車發(fā)電的沿海地區(qū)較遠(yuǎn)。AEM公司工程師安德里亞·龐塔說：“當(dāng)?shù)谝谎劭吹竭@個設(shè)計(jì)時，你會忍不住發(fā)笑，因?yàn)樗臉幼訉?shí)在有些滑稽。不過，隨著對它的了解逐步深入，你會發(fā)現(xiàn)，這個想法安全可靠，且這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)存在。”
原理
用兩個滑翔傘形狀的風(fēng)箏解決單個風(fēng)箏間斷發(fā)電，風(fēng)箏自己升高到十千米，拉動地面上的卷揚(yáng)機(jī)發(fā)電。風(fēng)箏上安裝7種傳感器（GPS、濕度、溫度、大氣壓、風(fēng)速、電子指南針、陀螺儀）微型風(fēng)力發(fā)電機(jī)及數(shù)傳電臺，地面上設(shè)置無線電接收機(jī)，通過計(jì)算機(jī)控制（操縱裝置）風(fēng)箏的迎風(fēng)角度、姿態(tài)、高度和位置，當(dāng)風(fēng)箏表面垂直于氣流，風(fēng)箏因風(fēng)阻力產(chǎn)生最大拉力，風(fēng)箏通過繩索拉動風(fēng)箏操縱裝置，通過變速箱、拖動發(fā)電機(jī)發(fā)電。當(dāng)繩索放完逆程返回期間，風(fēng)箏操縱裝置改變風(fēng)箏迎風(fēng)面角度，使風(fēng)箏平面近乎平行于氣流方向，使其減小阻力。其特點(diǎn)是；單個風(fēng)箏發(fā)電機(jī)是間斷輸出電力，逆程返回期間要靠外部能量恢復(fù)，在工作與逆程返回時交替改變風(fēng)箏的迎風(fēng)夾角，能夠產(chǎn)生最大的牽引力和最大升力使風(fēng)箏爬升的目的。兩只風(fēng)箏輪流做功，當(dāng)其中一個風(fēng)箏正程做功時另一個風(fēng)箏是逆程返回。風(fēng)箏操縱裝置還有一個重要的作用，是能控制風(fēng)箏的拉力，調(diào)整輸出的能量。當(dāng)風(fēng)速過大時，減小風(fēng)箏迎風(fēng)角度（面積），或調(diào)整風(fēng)箏高度，避免損壞風(fēng)箏和發(fā)電機(jī)。
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