2017-09-20 | 編輯:Delilah Lin 326 瀏覽人次

空中風力發電,新創公司發展得如何?

 

有放過風箏的經驗就知道,越高空的風力越強越穩定,這也是風力發電機的發展往塔座越來越高、扇葉越來越長方向的原因之一,因為高塔座加上長扇葉可觸及更高空的穩定風力。在此同時,Alphabet 旗下馬卡尼(Makani)為首的許多新創團隊,則認為塔座越做越高、越做越大,不如乾脆直接「放風箏」到高空取風,於是有了空中風力發電的構想,做為終有一日風塔無法再更高時,可更往高空發展的接班技術。

如今,這些空中風力發電的團隊進行得如何了呢?

先從Alphabet 的馬卡尼談起,2017 年5 月時馬卡尼發表影片,試飛一架上有8 螺旋槳的輕型風力發電小飛機,以一條纜線連接地面操作站。小飛機升空後,乘風在空中不斷繞圈圈,8 具螺旋槳被動轉動發出電力,經纜線傳往地面。像這樣的空中風力發電方式,由於不需要建築高聳的塔座,材料使用量遠低於當前的大型風力發電機,就成本上來說似乎很有發展潛力。然而,領頭的馬卡尼似乎遇上逆風,2017 年8 月初,彭博社報導Alphabet 對馬卡尼的資源投注減少,導致許多重要員工離職,只剩下「空殼」。

 

 

Alphabet 否認放棄馬卡尼,表示仍然全力支持馬卡尼的空中風力發電計畫。X 實驗室總裁Astro Teller 表示馬卡尼已經走出草創期,如今每4~6 週就試飛一次,Alphabet 總裁謝爾蓋·布林(Sergey Brin)也表示,仍對空中風力發電感到興奮。

馬卡尼就是夏威夷原住民語中「風」的意思,馬卡尼創辦人於2006 年在一場TED 大會上遇見Google 共同創辦人謝爾蓋·布林與賴利·佩吉(Larry Page),兩人當時投資1,000 萬美元,2008 年再從Google.org 投資500 萬美元。緊接著全球金融風暴來襲,馬卡尼資金耗竭,創辦人一一離去,剩下的主導人又於2012 年10 月心臟病過世,導致瀕臨倒閉,於是6 個月後Google 收購馬卡尼,從危機中拯救馬卡尼,馬卡尼從此也與Google X 其他計畫一樣,變得極為神祕,鮮少再向能源產業界發表技術訊息。

在內部,馬卡尼也與其他計畫一樣接到「10 倍化」的指令,也就是規模要達到原本的10 倍。2014 年,Google 給予馬卡尼的預算約為Google X 總預算5 億美元的5%,也就是約2,500 萬美元,馬卡尼在資金挹注下團隊快速成長,進展有時甚至超前進度,2016 年完成商用等級的空中發電試飛。

然而,能源市場如今有很大不同,當馬卡尼剛開始進行研發時,風能、太陽能都還相當昂貴,油價也持續上升,因此開發新的發電方式相當具經濟潛力。然而2011 年美國啟動頁岩氣革命,加上311 事件後,德國為首的各國大力補貼可再生能源,造成風能、太陽能產能規模與技術上大躍進,成本與價格快速下降;最後一擊是2014 年中起國際油價大跌,以及煤價也大跌,全球進入低能源價格時代,這對新能源開發極為不利。馬卡尼雖然已完成商用試飛,卻未能與任何電力公司簽下供電合約。

馬卡尼暫時只能尋求利基市場,如不適合設置傳統風機的偏遠崎嶇地帶等,但這樣的市場比起主流風機市場小得多,人員也開始縮編,過去2 年從超過100 人縮減到50 人以下,許多早期員工都已離職。Alphabet 承認人員減少,不過表示那是因為馬卡尼已從研發階段進入測試階段,所以不需要那麼多研發人員。

 

做為分散式能源使用

那麼其他空中風力發電團隊又發展如何呢?

歐盟出資成立的安斐斯電力(Ampyx Power),技術出自荷蘭台夫特理工大學,形式與馬卡尼類似,較雷同小飛機,不過發電方式不是利用飛機上的螺旋槳,而是利用纜線拉扯。當小飛機汲取風力以8 字形在空中飛行時,最多可將纜線拉出750 公尺,拉出纜線時帶動纜線軸旋轉發電;當小飛機位於8 字形向下坡段,纜線會自動回收,這個過程由精密的自動飛行系統控制其航線與發電,其第三代原型機AP3 可達250 千瓦發電容量,之後的商用機則預計可達2 百萬瓦。

安斐斯電力成立於2008 年,如今有50 名員工、40 名工程師,於2012 年完成第一次自動飛行,2017 年有了重大進展,4 月與德國龍頭電力公司意昂集團(EON)簽訂合約,將共同於愛爾蘭測試最新2 款發電小飛機,並與意昂測試離岸使用,由於風箏塔建設遠比一般離岸風塔快速、彈性,將做為離岸風場建設過程中的供電來源。在意昂集團的背書下,安斐斯電力可說是較有明顯進展的空中風力發電企業。2017 年7 月安斐斯電力選定山貓軟體(Lynx Software Technologies)的LynxOS-178 2.2.4 即時作業系統,安裝於Abaco 的單機板電腦系統SBC314 3U VPX,用來作為風箏自動駕駛系統。

德國新創公司能箏(EnerKite)所研發的30 千瓦發電容量風箏,風箏形狀類似滑翔翼,有一條長桿手臂與地面主機連接,長桿頂端伸出操控纜線連接風箏,發電方式也是採纜線軸發電,風箏藉由風力以8 字形往高空越飛越高,在此同時拉出更多纜線,拉動纜線軸,藉由纜線軸的轉動發電。當風箏飛到纜線最大限度時,以少量電力將風箏快速拉回,之後重複這樣的循環。能箏系統可安裝於卡車,或是安裝在一個貨櫃大小主機,讓風能為分散式能源使用。能箏將參加2017 胡蘇姆風能產業大展,因此可說應該還在運作,但除此之外沒有太多訊息。

義大利新創公司箏發(KiteGen)也採用纜線軸發電方式,其風箏設計類似特技降落傘,當風力將風箏吹高,就拉動纜線軸發電,之後以少部分電力回收。箏發曾於2006 年測試原型機,並打算推出3 百萬瓦的陸基空中風力發電,箏發現仍在積極運作,供應商航空材料廠AM Composites 於2017 年3 月時於義大利聖吉廖啟用新廠房設施,表示該廠就是專為製造箏發的風箏材料設立。

義大利新創公司箏能(Kitenergy)與箏發技術系出同源,也使用纜線軸發電,箏能採用有如特技風箏的雙纜線控制,飛行高度600~1,000 公尺,發電容量60 千瓦。箏能曾得到數項獎項,並有《富比士》報導,但後續商用化進展遲緩,逐漸淡出媒體焦點。

採用類似技術的還有德國天帆(SkySails),天帆與義大利對手採取不同發展路線,不在陸地上發展,而是尋求海事利基市場,用來為海上船舶提供電力,減少燃料消耗。2017 年6 月時天帆將其風箏安裝於一艘帆船上,以空中風力發電提供馬達電力。除了本身發電,天帆也會拖著帆船前進,使螺旋槳能回收電力,就這樣順利渡過大西洋。天帆的成功測試,使其發展海事利基市場的努力有實現的機會。

發展空中風力發電的新創事業或團隊不只上述6 家,而是遠遠超過50 家,除新創企業外還有各學研機構的研發團隊。然而發展至今,較可能成功的,僅有富爸爸Alphabet 旗下的馬卡尼、與意昂簽約的安斐斯電力、供應商正在擴廠的箏發、發展海事利基的天帆。塔式風力發電的成本降價太快速,讓空中風力發電面臨極大考驗,暫時只能在塔式風力發電不及之處,例如需要不斷移動的臨時供電需求,包括偏遠臨時性作業、船舶等,發展特殊利基,靜待時機來臨。

(合作媒體:科技新報。圖片出處:X 實驗室
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