"我想當今處于領先地位的競爭者應該能通過仔細設計將空氣動力效率最大化，提供包含板載飛行控制系統的可以工作在邊緣層的系統"

——Brian MacCleery, National Instruments

空中風力發電正逐漸成為成本低、實用并且可以用于大型公用規模的發電方式

挑戰:
        在北半球的大部分地區距離地面幾千英尺的地方，有著能夠與世界上最好的地面風力電站媲美的風力資源尚未得到開發。再往上10倍高的對流層則有著世界上能量密度最高的可再生能源。

解決方案:
        Makani Power是空中風力發電領域中資金雄厚的領導者，它相信空中風力渦輪（AWT）技術能夠將可開發的地面風力資源擴大五倍，覆蓋美國大陸表面的80％。空中風力渦輪與基于地面的渦輪一起將通過減小發電波動，并縱向拓展能源采集的區域，幫助緩解能源問題。

        您可能是傳統水平與垂直風力渦輪的專家，但是您是否聽說過空中風力發電？按照目前新生的空中風力發電領域的創新速度，十年之后“空中風力發電渦輪”將會成為家喻戶曉的詞匯。在北半球的大部分地區距離地面幾千英尺的地方，有著能夠與世界上最好的地面風力電站媲美的風力資源尚未得到開發。再往上10倍高的對流層則有著世界上能量密度最高的可再生能源。

        利用高海拔風力資源可能還需要一些重要的技術突破，但是靠近地球的空中風力發電將在十年內成為成本低、實用并且可以用于大型公用規模的發電方式。大多數空中風力發電公司都將其重點放在位于距離地面數千英尺的“邊緣層”。將在這個海拔下可以用于大型公用規模的空中風力發電帶入市場并不需要重大突破，僅需要扎實的工程工作、研發投資以及富有經驗的地面風力發電團體的支持和指導。

        世界上至少有30個新興企業和研究小組都在努力讓空中風力發電成為現實。豐富的商用（COTS）技術和工具讓他們能夠達到可觀的創新速度。在過去的幾年中，他們的原型系統已經證實了空中風力發電的基本原則，并且將規模提高到數十千瓦級。行業領導者的下一步是證實系統能夠在現場長期連續可靠地運行。

        空中風力發電還處于初始階段，因為現在的地面渦輪并不具備很高的性價比，如果能夠離開地面，就可以讓空中風力發電領域延伸到新的地方。Makani Power是空中風力發電領域中資金雄厚的領導者，它相信空中風力渦輪（AWT）技術能夠將可開發的地面風力資源擴大五倍，覆蓋美國大陸表面的80％。空中風力渦輪與基于地面的渦輪一起將通過減小發電波動，并縱向拓展能源采集的區域，幫助緩解能源問題。

通過同化進行創新

        空中風力發電從傳統的風力發電領域中沿用了許多成熟技術，有時甚至使用相同類型的發電機、齒輪箱和并網型逆變器。表1比較了地面渦輪和空中風力渦輪之間的相同點和不同點。空中風力渦輪的主要不同點是從風中提取能量的方式。并非使用大型鋼塔結構，而是使用繩索電纜將系統固定在地面上。不使用旋轉葉片，而是使用專門設計的機翼掃過空中的一條路徑提取能量。掃過空中更大截面的能力是空中風力發電吸引人的主要原因之一，從而能夠使用中等大小的機翼從高空中更強更持續的風中提取大量能量。與傳統渦輪葉片尖端相似，機翼以風速的數倍在空中側風畫圈或是畫八字形，如圖1所示。空中風力渦輪和地面渦輪都根據相同的空氣動力學法則工作。正如傳統的風能一樣，發電量與空氣密度的一半乘以風速的立方成正比（方程1）。

表1. 空中風力渦輪借用了基于地面的風力渦輪的許多成熟技術。

圖1. 地面渦輪（左圖）與空中風力渦輪（右圖）比較（圖片來源：KIT Energy）

方程1. 和傳統渦輪相似，空中風力渦輪的能量輸出與風速的立方成正比

        因此，風速的較小變化將導致能量的較大變化，風速翻倍則得到八倍能量。和傳統渦輪葉片尖端相似，機翼以高速通過空氣，使用空氣動力提升有效獲取能量。翼展與風力渦輪葉片長度可比，讓空中風力渦輪可以掃過更大的空中區域，從而獲得將近10倍的能量。空中風力渦輪可以在不同海拔高度上下移動，調節飛行路徑從而調節風力狀況。在機械結構上，由于空中風力渦輪并非固定在地面上，可以在飛行中受到空氣枕緩沖。但是快速移動產生的g力負荷將會對機翼和繩索電纜施加很大的張力。