瑞典奇葩水下风筝发电！绕8字飞行输出1.2兆瓦，竟比风电还便宜！

你放过风筝吗？放过。

你在水下放过风筝吗？什么？水下放风筝，你疯了吗？

没有疯！瑞典一家公司不仅在水下放风筝，而且还利用风筝来发电，一个“风筝”就输出了1.2兆瓦的电力，可以满足一个1000人小镇的电力需求。

你的脑洞是不是已经不够用了？

这个挑战所有人脑洞的概念，来自瑞典Minesto公司，该公司创始人注意到一个很少有人关心的现象：风筝在高空飞行时，似乎总是倾向于走8字。他认为这将让风筝盘旋下降或俯冲时，获得比周围风速更大的速度，从而可以利用来收集更多的能量。

此前的竞赛帆船就采用了这样的策略，可以让帆船在15英里/小时的风中，航行速度高达60英里/小时。而德国、荷兰等数个国家的公司，包括美国NASA，都在测试将风筝放飞到高空来发电，但在水里，真的可以放风筝吗？

Minesto不信这个邪，他们独辟蹊径不走寻常路，经过多年的研究，硬是开发出了“龙”系列水下发电风筝，目前最大的一款是龙-12，翼展12米，重28吨，涡轮直径3.5米，可以产生1.2兆瓦的电力，已在今年2月安装到冰岛和挪威之间法罗群岛一处水道的海底，这里有丰富的潮汐资源，并已开始向当地的国家电网输送电力。

你可能已经跌掉眼镜了，这究竟是如何做到的？水下是如何放风筝的？

Minesto的水下风筝看起来像一架黄色的飞机，结构很简单，完全是模块化设计。最大的部分是机身和机翼，可能是一体的，前面安装发电机、变速箱及控制系统，左右机翼后面各安装一个升降舵和方向舵，用来控制上下左右方向，这是水下风筝走8字的关键。和飞机最大的不同就是，飞机的螺旋桨安装在头部，它的螺旋桨，也就是涡轮机安装在尾部。

机身下方是结实的长达55米-100米的系绳，可以把风筝牢牢地固定在海底，让风筝在潮汐流中冲浪来发电，就像空中的风筝利用风来发电一样。机载系统控制风筝按照预定的8字形路线在水底移动，可以获得比水流速度快数倍的相对流速，从而让涡轮机产生更大的电力。

换句话说，这种涡轮机和风力涡轮机原理是一样的，只是它利用的是比空气密度大近千倍的水，并且还利用水下风筝的8字路线运行，让效率又提升了几倍，从而带来更高的发电效率。看看它的尺寸你就知道了，只有12米的翼展，28吨重，而同样级别的风电机，塔高就有85米，转子直径62米，重量高达近百吨。

比起固定在海底的潮汐涡轮机，龙-12的效率也要高得多。2019年号称世界上最大潮汐发电站的苏格兰MeyGen项目，在海底安装了首批4台1.5兆瓦的涡轮机，转子直径高达18米，底座重量数百吨，但提供的电力也只是和龙-12差不多。

这里要普及一个知识点，很多人可能都知道，风力发电机的发电功率主要取决于转子直径，和直径的平方成正比，所以风电机设计得越来越大，目前中国明阳推出的世界上最大的22兆瓦风电机，转子直径已经达到了惊人的310米。

虽然空气和水流动的能量不可同日而语，但同是海底涡轮机，为什么苏格兰18米转子的涡轮机，会和龙-12只有3.5米的发电量差不多呢？

这就是你可能并不知道的另一个知识点了，不管是水力还是风力，发电功率是和流速的3次方成正比的，是不是太惊人了？只要速度稍微提高一点，发电功率就可以大增，怪不得Minesto会想出这种利用风筝走8字的发电方式了，因为它可以产生比静止涡轮机多几倍的电力。

Minesto的其他优势还包括，相比其他竞争技术体积小重量轻，每兆瓦重量只有1/15，在1.2米/秒的低流速下仍可经济高效地发电。也正是因为小而美，它可以低成本地制造安装，并方便地拖到岸上维修维护，降低了离岸作业的成本。

然后就是水下风筝，完全浸没在海底，几乎不影响人们欣赏风景，对环境的影响也很小，不过不小心撞到它涡轮的鲸鱼可能不见得会同意。最后就是它的发电量高度可预测，因为潮汐和洋流都是由大自然严格按规律掌控的。

根据Minesto的分析，全球潮汐流和洋流的潜在装机容量高达600GW，大于目前全球核电装机容量的400GW，这还是不完全的统计，因而水下风筝具有极为美好的前景。

目前Minesto已在全球多个国家和地区，包括瑞典、威尔士、北爱尔兰等推广他们的水下风筝技术，亚洲的第一个地点是台湾，因为这里有丰富的潮汐和洋流资源。Minesto已在台湾设立了公司，准备在高雄建设亚洲第一个水下风筝发电场。

我在写这篇文章的时候，其实一直有一个问题挥之不去，为什么风筝会在空中走8字呢？这家公司没有说，网上也没有找到简单明了的解释，就在我要放弃的时候，居然发现2018年北京第二中学姜旖奇、尹泽龙、黄烁3名同学的研究论文，对此进行了定性定量的分析计算，并进行了实验验证。

简单来说就是，风筝之所以在空中走8字，是风筝在不同风力条件下，试图稳定自身的尝试和空气动力之间复杂相互作用的结果，尤其是偏转力模型为观察到的特定运动模式提供了可靠的解释。

三位同学的论文，全面解释了风筝的“8”字轨迹，是由于风筝需要稳定和平衡作用在其上的气动力而产生的，而这些气动力在飞行过程中，并不是对称分布的，这就导致飞行方向不断调整，形成八字形轨迹，而不是更简单的圆形或椭圆形轨迹。

最后他们还发现，在微风条件下因为风速较小，风筝比较容易处于稳定的漂浮状态，因而很难出现8字轨迹。而要让风筝进入8字轨迹，需要满足风速较快、风筝线张力较大、且风筝有一个较大的初始切向速度的条件，因为即使风力较大，但风筝初始切向速度较小的话，风筝也会直接升起，在高处到达一个平衡点，成为我们常见的稳定的放风筝的情形。

所以你看了这篇文章，也想投资水下风筝发电的话，最好先去看看这篇论文，避免水下风筝造好了，却无法让它走8字，发电效率就会降低好几倍，平准化成本也就没有任何竞争力了。

论文：《风筝8字轨迹成因的研究》

https://oss.linstitute.net/wechatimg/2018/07/qiuchengtong2017physicsbronze2.pdf