利用 2,000 英尺高空风能的探索

在马萨诸塞州萨默维尔的格林敦实验室内成型的带凹槽的充气机身，一点也不像风力涡轮机。它看起来更像喷气式客机的紧急坡道，或者绑在船后并在颠簸过湖面时拼命抓住的东西。但这个 14 英尺长的结构最像它的实际样子——一个充满空气的机翼。

更准确地说，它是稳定翼，是管状机器人飞艇的一部分，旨在利用高空风力。当今最高的传统风力涡轮机的叶片尖端今年安装在丹麦的一个测试中心，长达 720 英尺。完全自主的、轻于空气的 BAT（浮力机载涡轮机的简称）将爬升至 2,000 英尺高，那里的风力更强、更稳定。

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如何在 2,000 英尺高空捕获能量

A Altaeros 的浮力机载涡轮机 (BAT) 的机身或外壳由 1,000 立方米氦气支撑。四个充气稳定翼被动地引导 BAT 迎风飞行。该公司与飞艇和宇航服先驱 ILC Dover 合作开发了其专有的防紫外线和防风雨面料。

B第一个商用 BAT 将安装一台 30 千瓦的涡轮机，可为大约 12 户家庭供电。更大的版本将搭载一台 200 千瓦的涡轮机。BAT 还可以携带无线电和蜂窝天线或无线互联网设备，以创建或扩展语音和数据网络。

C三根双编织聚合物系绳可防止飞艇漂走。其中一根系绳包含铜导体，可将 2000 英尺高空收集的电力传输到电池或电网。

D地面站响应 BAT 的传感器数据，帮助飞行器寻找最佳风况，风速约为 30 英里/小时。它可以使用三个绞盘调整 BAT 的高度，并随着飞行器面对不断变化的气流而旋转。如果风速超过 75 英里/小时，地面站还可以将 BAT 完全收回。

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斯坦福大学气候科学家肯·卡尔代拉 (Ken Caldeira) 表示：“高空风能足以为整个文明提供能源。”他参与了 2012 年的一项研究，估计高空风能的潜力为 1,800 太瓦，是地表附近估计值的四倍多。“问题是能否创造出可靠且经济地提取高空风能的技术。”这项 BAT 背后的公司 Altaeros Energies 准备证明它已经做到了这一点。

当然，前提是飞行器没有漏气。“我们一直想这么做，”公司首席董事兼联合创始人亚当·雷恩 (Adam Rein) 在空气压缩机的嗡嗡声中说道。尾翼已从仓库中取出，自几个月前的试飞以来，尾翼一直处于放气状态。“我们试图了解这种材料的耐用性，”雷恩说。“我们有一个愿景，那就是推出一款产品，你可以部署它，在那里放置一两年，然后打包，然后转移到新地点或新客户那里。”

虽然类似规模的典型风力涡轮机需要大量人员和数天时间才能安装完成，但 BAT 到达后即可飞行并发电。而且，无需浇筑混凝土基础和建造多层塔，只需几个人开着卡车就可以在现场给飞艇充气并将其连接到基站，然后使用与电线杆相同的锚固带将基站固定在地面上。

物流便利对 Altaeros 的初始客户至关重要：世界各地的偏远社区无法接入电网。通常，他们必须依赖柴油发电机——效率最低的电源之一——因为可再生能源系统在经济上不可行。例如，在北极，没有足够的阳光来证明太阳能可以连续数月使用，而永久冻土和积雪的道路使标准风力涡轮机的安装变得复杂。

阿拉斯加的许多站点都符合这一描述，因此阿拉斯加能源管理局向 Altaeros 提供了 74 万美元的资助，以展示其技术。该公司计划明年在费尔班克斯附近开始试运行其首个商业规模的 BAT，这是一个 30 千瓦的系统，每年可减少 11,000 加仑的柴油消耗。（Altaeros 还在与巴西和印度的潜在客户进行谈判，这两个国家的地面风力微弱，导致传统涡轮机无法运行。）该公司希望将 BAT 的功率扩大到 100 或 200 千瓦，足以与支持商业运营的发电机（如矿山和建筑工地）展开激烈竞争。事实上，Altaeros 将工业站点视为机遇。如果你只会在某个地方待一两年，为什么要安装永久性的风能或太阳能发电？“我们并不是想取代风力涡轮机，”Rein 说。“我们试图将风能扩展到目前无法使用风能的地方。”

2010 年，当 Rein 和联合创始人 Ben Glass 刚从麻省理工学院毕业并开始建造他们的第一个轻木原型时，高空风能在很大程度上还不为人所知。Altaeros 现在已经发展成为一个拥有 10 名员工的公司，还有大约六家竞争对手正在竞相进入市场，还有大约十几家公司正在设计中。最引人注目的是谷歌，该公司去年收购了位于加州的 Makani Power，并将其纳入 Google X 系列登月计划。尽管 Makani 和其他公司的目标是开发能够为数百至数千户家庭供电的公用事业规模的涡轮机，但 Altaeros 计划出售能够满足当前市场需求的适度设备。

这并不是说 Altaeros BAT 不是一个复杂的机器人系统。事实上，机器人技术是 BAT 降低成本和提高可靠性的核心。该装置可以调整高度以寻找最佳风速，收起或解开系绳以下降或上升。它还可以自动响应不断变化的天气条件，躲避会磨损地面系统并导致昂贵维护或更换的风暴。

最终，Altaeros 还希望生产一种公用事业规模的涡轮机，专门用于海上发电。兆瓦级 BAT 锚定在离海岸 10 英里的地方，所需的基础比传统的海上风力发电系统小得多，因为传统的海上风力发电系统的塔架如果没有大量加固就会倾覆。“它解决了海上开发商如今在安装这些大型涡轮机时遇到的许多麻烦，”该公司首席执行官兼首席技术官 Glass 表示。

目前，Altaeros 正全心全意地投入到萨默维尔的涡轮机上，这台涡轮机的翼片终于在我之前充气完毕。现在，大多数员工都回到了 Greentown Labs 后面的小隔间里。该公司于 2011 年帮助建立了这个孵化器，专门为专注于绿色技术的初创企业提供服务，如今它已发展到拥有 45 家企业，其中许多企业都在大楼宽敞的制造区开辟了空间。Glass 让我试着抬起翼片，它现在将房间一分为二。只需一只手，几乎不费吹灰之力——这是他的功劳，不是我的。“它很轻，对吧？”他问道，脸上洋溢着只有发明家才能拥有的特殊自豪感。他拿起另一端，风能的未来似乎就在我们的指尖上飘浮。