風箏發(fā)電的科學原理是什么
放風箏和發(fā)電似乎是風馬牛不相及的事，但是現(xiàn)在有很多的科學家都會利用放風箏來發(fā)電。下面是百分網(wǎng)小編為你精心推薦的風箏發(fā)電的科學原理是什么，希望對您有所幫助。
風箏發(fā)電的科學原理
風箏借助風力發(fā)電的原理很簡單。放風箏時，風箏的平面幾乎垂直于風向，從而產(chǎn)生了最大的上升拉力，這種拉力就作用在放風箏的繩索上。風箏的繩索拉動固定在地面上的轉(zhuǎn)盤(卷揚機)上，使之轉(zhuǎn)動，再由轉(zhuǎn)盤帶動發(fā)電機，當發(fā)電機轉(zhuǎn)動時，便能發(fā)出電來。
能發(fā)電的風箏當然不是我們在公園里常見的“娛樂型”風箏。這些發(fā)電風箏通常面積大、重量輕、抗風力強，風箏面采用高強度輕質(zhì)材料制成。放飛這些發(fā)電風箏，當然也不再是靠人的雙手，而是要通過專門的設(shè)備來進行。所以，風箏上還需要安裝多種傳感器，以便控制風箏的高度、風箏平面的傾角等。
風箏在受風力作用上升的過程中，拖動地面上的卷揚機發(fā)電。當它升到一定高度后，就需要收回并重新放飛。這時，控制器控制風箏的平面，使之幾乎平行于氣流方向，這樣，風箏返回的阻力最小。由于風箏發(fā)電只有在風箏上升時才能做功發(fā)電，收回時并不做功，因此，單個風箏發(fā)電是間歇性的�？梢杂脙蓚�風箏帶動同一臺發(fā)電機，當其中一個風箏升空做功發(fā)電時，另一個風箏是逆程返回，兩個風箏輪流工作，就能使發(fā)電機處于持續(xù)發(fā)電的狀態(tài)了。
風箏借助風力發(fā)電的成本很低，據(jù)估計只是平均發(fā)電成本的1/30，因此是很有前途的一種發(fā)電新方式。
風箏發(fā)電機原理
風箏風力發(fā)電機的工作原理很簡單：風箏在風力作用下，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。對于每個風箏而言，轉(zhuǎn)盤都會放開一對高阻電纜，控制方向和角度。風箏并非是我們在公園常見的那種類型，而是類似于風箏牽引沖浪的類型———重量輕、抵抗力超強、可升至2000米的高空。支持者稱，這種旋轉(zhuǎn)木馬發(fā)動機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，即便直徑只有320英尺(100米)，風箏風力發(fā)電機也可產(chǎn)生5億瓦的能量。對巨杉自動控制公司而言，幸運的是，該公司員工可將它們帶回家仔細研究。這家公司的核心產(chǎn)業(yè)是傳感器設(shè)計和工業(yè)自動化裝置。R&D負責人馬西莫·伊波利托受其懸掛式滑翔和風箏牽引沖浪等周末愛好的激發(fā)，開始琢磨一種特殊的風力發(fā)電裝置概念，最終風箏風力發(fā)電機誕生了。
風箏中的作用
�、俟爬系娘L箏，已經(jīng)不僅僅是娛樂玩具，在科學技術(shù)高度發(fā)達的今天，風箏同樣在為人類作貢獻!
�、陲L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)當說這是風箏的前身。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，風入竹哨，發(fā)出像古箏一樣的響聲，因此得名“風箏”。英國著名學者李約瑟把風箏列為中華民族的重大科學發(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箏和火箭。”
�、埏L箏的發(fā)明，對科學技術(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家，研制成世界上第一臺空中試驗儀。他用6只風箏將天文儀器吊到700多米的高空中進行科學試驗，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)，推動了天文學的發(fā)展。1752年，美國科學家富蘭克林曾用風箏掛上一只鐵鑰匙，在雷電交加時，把風箏送上天，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箏作機翼，研制出了一架5英尺的滑翔機。1894年，英國科學家設(shè)計了一只供戰(zhàn)場觀察的軍用風箏，其作用猶如當今的衛(wèi)星電視轉(zhuǎn)播……
④最近，科學家提出了利用風箏發(fā)電的新方法。據(jù)估計，風箏風力發(fā)電機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，風箏風力發(fā)電機的成本僅是后者的三十分之一。
�、輷�(jù)報道，俄羅斯物理學家在這方面作過探索。他們將50個巨大的風箏，放到空中從上至下排成一串，看上去就像一架通天的梯子。每個風箏伸展開來足有足球場那么大。而牽扯這些風箏的繩索約有6000米長，路燈桿那么粗。假如風箏所在高度的風力不足的話，人們還可以放松繩索使風箏升高。意大利科研人員計劃建造發(fā)電能力在幾兆千瓦范圍的大型設(shè)備，并在計算機上成功地進行了模擬計算。設(shè)想的風箏發(fā)電裝置，在風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。這種風箏重量輕，抵抗力超強，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家還設(shè)計建造家用式的高空風力發(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。這些小型風箏梯子只需100米或者200米高，就可以足夠為一戶人家提供幾千瓦的電力。
⑦當今，風箏在科學試驗和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用更為廣泛。利用風箏作海洋救生工具;利用風箏牽引船只;利用風箏傳遞信件;在風箏上安裝無線控制照相機，進行空中攝影;在風箏上安裝噴水器，噴灑懸崖上的植物……這些應(yīng)用極大地方便了人類的生活。
風箏發(fā)電的前景
在經(jīng)過6年的艱苦研究和申請了7項專利后，他領(lǐng)導著一個20人的團隊設(shè)計出可發(fā)電的巨型旋轉(zhuǎn)木馬（carousel）。該小組認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)電及風箏風力發(fā)電機有效結(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�！�
伊波利托認為，鑒于其覆蓋區(qū)域小卻可產(chǎn)生巨大能量的特點，風箏風力發(fā)電機將成為首選風力發(fā)電機，使其優(yōu)于諸如滑翔機發(fā)電機和風車等類似項目。迄今為止，這一項目看上去極富前景。一種稱為MobileGen的小型便攜式風箏風力發(fā)電機（由平板載貨車拉拽的一個風箏）在8月份的測試發(fā)射中就取得了進展。它能產(chǎn)生一定的能量，另外還有一系列改進。伊波利托表示，研究人員看到這種發(fā)電機運行時的心情簡直難以言表。盡管如此，風箏風力發(fā)電機的發(fā)展前景似乎并不能一帆風順。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
為意大利政府機構(gòu)ENEA研究再生能源的盧西亞諾·佩拉奇（Luciano Pirazzi）說：“鑒于風箏風力發(fā)電機的發(fā)電量及低成本，這確實是一個令人神往的項目。不過，該項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。其可行性有待于進一步證明�！比藗冃闹袑@種新型發(fā)電機的巨大疑問包括，發(fā)電機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，風箏風力發(fā)電機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的要求。風力發(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)的競爭有望進一步加劇。因在風箏風力發(fā)電機項目上的出色表現(xiàn)，巨杉自動控制公司被授予了“2006世界再生能源獎”。
風箏風力發(fā)電機也使都靈公用事業(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風箏風力發(fā)電的實驗樣機40%的費用，并作為技術(shù)合作伙伴在合約上簽了字。這是AEM公司首次進行此類項目的投資，這家公司距意大利主要進行風車發(fā)電的沿海地區(qū)較遠。AEM公司工程師安德里亞·龐塔說：“當?shù)谝谎劭吹竭@個設(shè)計時，你會忍不住發(fā)笑，因為它的樣子實在有些滑稽。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，且這項技術(shù)已經(jīng)存在�！�
原理
用兩個滑翔傘形狀的風箏解決單個風箏間斷發(fā)電，風箏自己升高到十千米，拉動地面上的卷揚機發(fā)電。風箏上安裝7種傳感器（GPS、濕度、溫度、大氣壓、風速、電子指南針、陀螺儀）微型風力發(fā)電機及數(shù)傳電臺，地面上設(shè)置無線電接收機，通過計算機控制（操縱裝置）風箏的迎風角度、姿態(tài)、高度和位置，當風箏表面垂直于氣流，風箏因風阻力產(chǎn)生最大拉力，風箏通過繩索拉動風箏操縱裝置，通過變速箱、拖動發(fā)電機發(fā)電。當繩索放完逆程返回期間，風箏操縱裝置改變風箏迎風面角度，使風箏平面近乎平行于氣流方向，使其減小阻力。其特點是；單個風箏發(fā)電機是間斷輸出電力，逆程返回期間要靠外部能量恢復，在工作與逆程返回時交替改變風箏的迎風夾角，能夠產(chǎn)生最大的牽引力和最大升力使風箏爬升的目的。兩只風箏輪流做功，當其中一個風箏正程做功時另一個風箏是逆程返回。風箏操縱裝置還有一個重要的作用，是能控制風箏的拉力，調(diào)整輸出的能量。當風速過大時，減小風箏迎風角度（面積），或調(diào)整風箏高度，避免損壞風箏和發(fā)電機。
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