"我想当今处于领先地位的竞争者应该能通过仔细设计将空气动力效率最大化，提供包含板载飞行控制系统的可以工作在边缘层的系统"

——Brian MacCleery, National Instruments

空中风力发电正逐渐成为成本低、实用并且可以用于大型公用规模的发电方式

挑战:
        在北半球的大部分地区距离地面几千英尺的地方，有着能够与世界上最好的地面风力电站媲美的风力资源尚未得到开发。再往上10倍高的对流层则有着世界上能量密度最高的可再生能源。

解决方案:
        Makani Power是空中风力发电领域中资金雄厚的领导者，它相信空中风力涡轮（AWT）技术能够将可开发的地面风力资源扩大五倍，覆盖美国大陆表面的80％。空中风力涡轮与基于地面的涡轮一起将通过减小发电波动，并纵向拓展能源采集的区域，帮助缓解能源问题。

        您可能是传统水平与垂直风力涡轮的专家，但是您是否听说过空中风力发电？按照目前新生的空中风力发电领域的创新速度，十年之后“空中风力发电涡轮”将会成为家喻户晓的词汇。在北半球的大部分地区距离地面几千英尺的地方，有着能够与世界上最好的地面风力电站媲美的风力资源尚未得到开发。再往上10倍高的对流层则有着世界上能量密度最高的可再生能源。

        利用高海拔风力资源可能还需要一些重要的技术突破，但是靠近地球的空中风力发电将在十年内成为成本低、实用并且可以用于大型公用规模的发电方式。大多数空中风力发电公司都将其重点放在位于距离地面数千英尺的“边缘层”。将在这个海拔下可以用于大型公用规模的空中风力发电带入市场并不需要重大突破，仅需要扎实的工程工作、研发投资以及富有经验的地面风力发电团体的支持和指导。

        世界上至少有30个新兴企业和研究小组都在努力让空中风力发电成为现实。丰富的商用（COTS）技术和工具让他们能够达到可观的创新速度。在过去的几年中，他们的原型系统已经证实了空中风力发电的基本原则，并且将规模提高到数十千瓦级。行业领导者的下一步是证实系统能够在现场长期连续可靠地运行。

        空中风力发电还处于初始阶段，因为现在的地面涡轮并不具备很高的性价比，如果能够离开地面，就可以让空中风力发电领域延伸到新的地方。Makani Power是空中风力发电领域中资金雄厚的领导者，它相信空中风力涡轮（AWT）技术能够将可开发的地面风力资源扩大五倍，覆盖美国大陆表面的80％。空中风力涡轮与基于地面的涡轮一起将通过减小发电波动，并纵向拓展能源采集的区域，帮助缓解能源问题。

通过同化进行创新

        空中风力发电从传统的风力发电领域中沿用了许多成熟技术，有时甚至使用相同类型的发电机、齿轮箱和并网型逆变器。表1比较了地面涡轮和空中风力涡轮之间的相同点和不同点。空中风力涡轮的主要不同点是从风中提取能量的方式。并非使用大型钢塔结构，而是使用绳索电缆将系统固定在地面上。不使用旋转叶片，而是使用专门设计的机翼扫过空中的一条路径提取能量。扫过空中更大截面的能力是空中风力发电吸引人的主要原因之一，从而能够使用中等大小的机翼从高空中更强更持续的风中提取大量能量。与传统涡轮叶片尖端相似，机翼以风速的数倍在空中侧风画圈或是画八字形，如图1所示。空中风力涡轮和地面涡轮都根据相同的空气动力学法则工作。正如传统的风能一样，发电量与空气密度的一半乘以风速的立方成正比（方程1）。

表1. 空中风力涡轮借用了基于地面的风力涡轮的许多成熟技术。

图1. 地面涡轮（左图）与空中风力涡轮（右图）比较（图片来源：KIT Energy）

方程1. 和传统涡轮相似，空中风力涡轮的能量输出与风速的立方成正比

        因此，风速的较小变化将导致能量的较大变化，风速翻倍则得到八倍能量。和传统涡轮叶片尖端相似，机翼以高速通过空气，使用空气动力提升有效获取能量。翼展与风力涡轮叶片长度可比，让空中风力涡轮可以扫过更大的空中区域，从而获得将近10倍的能量。空中风力涡轮可以在不同海拔高度上下移动，调节飞行路径从而调节风力状况。在机械结构上，由于空中风力涡轮并非固定在地面上，可以在飞行中受到空气枕缓冲。但是快速移动产生的g力负荷将会对机翼和绳索电缆施加很大的张力。