2015年evolo竞赛番外篇

Capture Wind: A Wind Farm in the Tropopause

Jiaqi Sun, Chang Liu, Mingxuan Qin

China

在当今社会，我们生产和使用能源的模式并不是一种可持续发展的模式。人类如今主要使用化石能源——比如石油，煤，天然气——这些能源都是有限的自然资源，并且正在以极高的速度被消耗着。这些化石能源的过度使用是当今的气候变化的主要原因之一。在人们不断发掘，试图找到更加便宜的化石能源的过程中，也为自然气候带来了许多灾难，比如之前墨西哥湾的BP石油泄漏事件。就目前来看，使用可再生能源作为主要能源材料，是我们解决能源危机，保护环境的唯一选择。

作为一种可再生能源，风能在近些年受到越来越多的关注。风能的最直接利用形式是利用风力进行发电。然而风能具有更多的不可靠性，因此风力涡轮机所产生的电量百分比是要远低于同样能量下化石燃料发电站的发电率的。

高空风是世界上最大的未开发的可再生资源之一。高空风同地面的风相比，其风力更加稳定，速度是地面风的两倍，发电功率则是地面风的5-8倍。

根据全球平均风能密度等级分析，我们可以发现高空风最大发电功率在8000-10000米的范围内，大致位于对流层顶层的高度。在一万米的高空，喷射气流所处的位置决定了风能发电效率最高的位置。如果将来高空发电技术能够使发电设备成为一种动态设备，总是处于效率最高的位置——也就是有喷射气流的地方——那么风能的不稳定性可以大大的减少，发电的效率将会更高。

正因为利用对流层之间的风能发电的潜力如此之大，我们设计了这个能够代替传统化石能源发电站的风能发电装置。

我们将这个高层发电装置设置在南/北回归线上，主要集中在北美东部，亚洲，非洲和南极洲的南冰洋，北非以及澳大利亚东部。

该区域不但包括经济繁荣，人口和电力需求十分巨大的中国美国和日本，也包括了因为能源危机发生军事冲突的中东地区，还包括了基础设施贫瘠，电能供应无法得到保障的非洲和加勒比地区。

因此，这座发电装置可以为人们提供清洁，稳定，持久的电能供给。同时也能够将方便经济的电能供给带给不发达的地区。

这些发电装置的高度位于8000-10000米之间，根据最佳发电位置的高度而定。

这些发电装置可以分成两个部分：顶端的是采用垂直转子发电的发电装置，其轴心是作为储能装置的液态电池，同时液态电池还能够保证电能输出的连续性，减少风能发电本身的不稳定性。底部的上半部分是四个转子的发电系统，下半部分是激光能源输出装置。激光的传导性非常好，因此采用激光作为能源的输出形式。地面上则是能源的接收装置。

同时，该发电装置也内置了一些附加功能，比如气象监测和大气研究实验室。