要挑战“能源不可能三角形”，高空风能发电还缺啥？
纠结了许久，最终还是决定“奋不顾脸”的来聊聊有关高空风能发电的跨界时事性话题。
起心动念的诱因是这篇被不少财经网站转发的文章《高空风能发电 挑战“能源不可能三角”》。
在开始唠叨之前，首先想陈述这样一种属于个人认知的现实：
★“高空风能”是舶来品！而且至今仍是新能源领域的前瞻性探索热点之一。这说明：若只差大资金、大企业的加盟，那以诞生于Google重组后的Alphabet和专注能源工业逾百年的Royal Dutch Shell所代表的实力，以及仅2019年就耗资近50亿美元所代表的金流强度而言，豆蔻年华的Makani何至早夭！
★中国的高空风能发电技术在欧美同行看来几近于“不堪”！虽然其中不乏傲慢与偏见，但对已经采用“数据仿真”进行系统效能评估、优化的老外们而言，系统模型至少应该相对于“高低、方圆”的命题具有“自洽”的力学关系。这是后起之秀能被认可的起码条件。
★当下，Makani所代表的“飞行发电机”已谢幕，欧洲的Ampyx Power、Kite power、KPS所代表的“飞行风力机”终于获得了执掌高空风能发电技术大旗的机会……
所以，无论中外，当下的高空风能发电技术要挑战“能源不可能三角形”，必然还有“不为外人道”的机理性难题。
那么，“骨感”的高空风能发电系统到底为什么至今没有与“丰满”的预期热烈相拥呢？
其实根源简单的令人难以置信：由系绳的力学特性及其横向风载所导致的系绳弯曲，是当下所有基于柔性约束结构实现往复运动的系留式高空风能发电装置挥之不去的梦魇！没错，揭开那些花样百出的盖头，一个“身段柔软纤细”的可人儿让人“我见犹怜”的同时，会不禁泛起愁云——如此腰身，何堪那需要摇头晃脑、前仰后合的劳作啊。
首先，就系绳的力学特性而言，当其系留端被施加绞支约束后，系绳在自重、风载及滞空端被施加的垂直于系绳中心线的牵引力作用下必然产生弯曲，其中尤以滞空端的牵引力及其驱动的系绳摆动所产生的附加风载导致的弯曲为甚；而系绳的张力之所以与系绳的弯曲负相关，是因为在系绳发生弯曲后，沿系绳中心线传递的系绳张力就形成了指向系绳两端的连线且与其垂直的分量。此外，系绳的长度与系绳的弯曲程度——挠度以及系绳的自重、风载正相关。
之所以要对系绳弯曲的必然性及其主要相关因素做一晦涩的概要说明，是因为系绳的滞空端在以系绳的系留端为心的球坐标系中的定位通常基于系绳的中心线。而系绳的弯曲使系绳两端的中心线不再共线甚至不再共面，因而导致系绳的滞空端无法直接定位；甚至由于垂直于系绳中心线的力学分量具有不可忽略的随机性而导致系绳的滞空端无法定位！
对于生来就以“飞行”为立身之本的欧美版高空风能转换技术而言，系绳滞空端及其中心线的定位是控制风载结构飞行姿态的基准。但在紊流环境中，系绳上随机分布的风载矢量，不仅让系绳的弯曲不可预期，更会让系绳在本就因张力扰动而存在的纵向振动的基础上，产生不可预期的横向振动！这就相当于若干粗壮的手指在不同的位置、沿不同的方向同时拨动同一根琴弦，哪怕再好的琴又能发出什么样声音呢？！于是，基于系绳滞空端及其中心线的参数都将发生“零飘”，其中尤以方向矢量为甚。而当所有参数耦合后的高阶系统因为“零飘”而不再收敛时，一个基于柔性约束的惯性系统该怎么改出“横飞”转为（风筝式的）自持滞空？而这个导致系统崩溃的“失稳”点又在哪儿、又有几个？
更尴尬的是：这种“切风飞行”系统的“刚性”与其系绳的长度负相关！这对以追求“更高”为初心的高空风能发电技术而言，着实是令人沮丧的“负面特性”。
貌似问题的解决方案有两个都非常耗时的技术途径：从本质上强化系统的鲁棒特性；通过“大数据”寻求既有系统的安定性边界。只是，前者“劳心伤神”，后者“劳民伤财”啊！
虽然相对于“切风飞行”的动态机理，基于自持滞空能力、通过改变围绕系绳中心线的风载面积改变系绳张力的静态机理，似乎有望本质性的提升系统的安定性。但是，当对应系绳张力大/小的两种稳态结构所产生的系绳横向风载不同，尤其是为实现系绳张力基于单参数的受控变化而采用的柔性风载结构具有必然使其风载矢量与风向趋于平行的承载特性时，仅仅基于本质上完全独立、恒定的滞空升力去阻止整个滞空结构“被吹倒”，就会随着风载及其加持时间、系绳长度的增加而变得力有不逮！这不仅同样是着实令人沮丧的“负面特性”，更无法靠时间、资金和队友得到解决。除非，风向上吹！所以……就说到这儿吧。
总之，当下几乎所有处于实验阶段的系留式高空风能转换技术，都有意无意的掉进了“需要面对系绳的弯曲所产生的非预期影响”这个深坑。对基于动态机理的系统而言，这意味着通过“更快、更强”提升效费比的预期有可能会“望山跑死马”；但对基于静态机理的系统而言，则可能意味着——颠覆！毕竟，在锱铢必较的资本看来，力争“更快、更强”还有回本儿的可能，但“躺平”就是罪过了。
造成这种共性的根源在于：有关“利用风筝发电”的原点——风筝的组成、力学关系及其稳态间的过渡过程，在理论的阐述上至今仍似是而非。因而难以依据理论从系统立足的原点入手，对系绳摆动预先给予客观的认知并寻求基于结构给予规避或补偿。好在，规避系绳摆动的技术思路毕竟还是首现于风筝的故乡了！（也许是因为这里的人们大都是玩儿腻了风筝后才可能去玩儿无人机吧）从这个角度来看，自夸一句“国际领先”倒还真没什么不好意思的。
关于中国板式风筝，本栏已有若干随笔进行了“点击”式的“非主流”阐述。在此仅着重重复几点：
1.风筝基于自身结构的自持滞空能力对高空风能发电技术的系统安定性和全寿命周期内的成本模型至关重要。
2.系绳的单向承载特性意味着基于风筝原理实现的风能转换运动应该以“具有一维属性”为首选。
3.系绳张力的受控变化与系绳摆动相关联的根源在于：风载的受控变化量与系绳的滞空端中心线不重合。因而所有与等效风载平面的迎风角、侧风角变化相关联的系绳张力控制方法都必然产生系绳摆动——风载结构的飞行。这恐怕是让Miles L.Loyd（当前主流高空风能发电技术的理论先驱）不得不“误入歧途”的关键！
4.保持风能转换运动的一维属性不仅可以直接在自身风载的辅助下完成系绳张力的受控变化，还能基于速度矢量的一致性，简捷地通过风载结构的串接实现单机风功率的扩容。这对基于“切风飞行”机理的系统而言，恐怕是未来的另一个“望山跑死马”的坑！
5.至少有一种以保持中国板式风筝的全部特性为前提的风筝风力机构思，能够仅在外部输入的系绳收卷动力的支持下，以纯机械自动化方式连续进行近似直线往复的风能转换运动。
6.高空风能发电不仅仅是“3060”的事儿！毕竟对当下任何一个稍具规模的军事营地而言，没了燃料充其量理所当然的宅在窝里，但要没了电那可真就瞎了！所以，就算Makani所代表的“飞行发电机”真的已在新能源竞技场谢幕，也并非意味着它就寿终正寝了。
行文至此不禁扼腕：原本只为通过基于柔性约束的绳轮传动方式，以其极致的单向承载能力解决“更高”的难题，到头来却又无视其绝对的性能短板而进一步奢望“更快，更强”，如此“强人所难”，落得“成也柔性约束，败也柔性约束”的尴尬倒也不冤！
对于引文阐述的“高空风能发电 挑战'能源不可能三角’”，本文抱持坚定的认同。只是对引文中表达的乐观，尤其是对咱自家的高空风能发电技术给予的厚望，抱持审慎。毕竟，技术圈儿的事儿不像资本圈儿那样总有达到心想事成的招。
好在，中国板式风筝的“四轴自持平衡”特性及其唯一能使“系绳张力始终垂直于等效风载平面”的结构特例，为高空风能发电技术提供了突破“高度可变-系统可靠-造价低廉”这一“不可能三角形”的潜在捷径。
20210815更正：删除了因记忆偏差引发的失言。非常抱歉。