Image: SRI

寻找像电网那样可靠的可再生能源是一个挑战。不幸的是，在小范围内最灵活和最实惠的可再生能源（如太阳能和风能）在产量方面往往最不可预测。水电和地热提供了更多的一致性，但它们受限于基础设施密集型和位置。

另一个有趣的选择是从流动的水中获取能量，在许多情况下，这种方法十分可靠。波浪、潮汐和洋流都是潜在的能源，我们已经开始利用了其中的一些，但并不能填补太阳能和风能所能覆盖的 -- 小规模、多功能和负担得起的相同领域。

去年，ARPA-E（the Advanced Research Projects Agency–Energy，能源部高级研究计划局）启动了一项耗资3800万美元的项目，名为SHARKS（潜艇水动力和河流千兆瓦系统，oof），其目标是促进设计“具有经济吸引力的潮汐和河流水流动力涡轮机（Hydrokinetic Turbines，HKT）”。ARPA-E正在资助任何可以从流水中榨取能量的新技术，包括SRI正在开发的一种新颖的Manta 水下风筝系统。

风筝发电机的工作原理是将运动流体的能量转换成风筝的运动，然后从运动中获取能量。这里提到“流体”是因为风筝可以在空气或水中工作，或者在任何能产生升力的地方工作。能量的产生可以发生在风筝本身上（这是Makani Power公司利用他们的空中风力涡轮机使用的方法），或者在绳子的另一端，将风筝的拉力转化为电能。

SRI的Manta系统依赖于一个相对简单的manta形状的风筝，由泡沫和玻璃纤维等简单材料制成。风筝通过系绳与发电机相连，发电机又被固定在海底、海湾、河流或任何其他水运动的地方。在最简单的实践中，风筝通过旋转，以卷起系绳，在被携带时产生电力。在系绳的末端，风筝旋转到最流线型的形状，指向水流，系绳把风筝拉回来。当然，收卷阶段需要能量，但与放卷阶段产生的能量相差不大，这就是系统的功率输出。

尽管有一定的损耗，但SRI的目标是达成平均约为 20kW 的输出功率（足以为十几个家庭提供动力）。不过要实现这一目标，风筝需要在更大比例的时间内发电，这意味着它需要沿着更复杂的路径穿过水面，从运动中提取更多能量。SRI还没有确定风筝的最佳路径，但他们认为风筝最终可能会随着线路的发展而变成一系列扁平的8字形。水下风筝需要面积很大的海域才能运行，但其在水中以“8字型”运转时，只需占用较小的一部分海域。一般来说，运动越大，速度越高，一个给定尺寸的风筝所能产生的能量就越大。

任何在水中以相对高速移动的物体都会给海洋生物带来潜在的危险，但SRI非常清楚这一点，所以他们正在做大量工作，以确保在系统附近游动的任何物体都尽可能安全。一种方法是通过主动避碰（因为风筝是可操纵的），但从根本上说，风筝足够轻，不会有那么危险。它的移动速度也比涡轮的叶片慢得多，在某些情况下，它仍然可以通过横流运动产生动力，即使它的移动速度比水流本身的速度慢。

ARPA-E与SHARKS的目标之一是不仅促进技术的发展，而且要考虑如何以切实和经济有效的方式来实现这一目标。研究人员表示，希望在该系统中找到性能、成本和易用性的正确组合，使其成为现实世界中实用系统和非实用系统之间的区别之一。ARPA-E希望总体成本比目前最先进的技术降低60% -- 从公用事业规模的0.10美元/kWh到偏远地区的0.25美元/kWh不等。

不过，这一切仍处于非常早期的阶段，但SRI从ARPA-E获得了420万美元的资金，以在未来几年证明他们的Manta系统。他们希望能直接与受益于这项技术的社区合作，尽快进行建设和测试，找到一种可靠、可持续和生态友好的方式，为可实现的任何地方提供电力。