年發(fā)電時間超6500小時，發(fā)電成本僅為陸上風電的1/3

　　用高空的風“點亮”千家萬戶的燈

　　◎本報記者 劉園園

　　說起風能發(fā)電，很多人會想起地面上一個個白色的“大風車”。它們利用的是低空風能。其實，高空風能也能發(fā)電，只不過它借助的不是“大風車”，而是“風箏”。

　　日前，由中國能源建設集團(以下簡稱中國能建集團)參與投資、建設、運營的安徽績溪高空風能發(fā)電新技術示范項目成功發(fā)電，成為我國首個可并網的兆瓦級高空風能發(fā)電示范項目。該項目總裝機容量2×2.4兆瓦，能夠利用500—3000米的高空風能發(fā)電，是我國高空風能發(fā)電技術的首次工程化實踐，對推動高空風能發(fā)電技術進步及其產業(yè)化發(fā)展具有重要意義。那么，為何要利用高空風能發(fā)電？高空風能發(fā)電有哪些技術路線？

　　儲量遠超人類社會能源需求

　　“目前風能的利用仍以包括陸上風能在內的低空風能為主，機組離地高度一般不超過200米。受季節(jié)、氣候、地表環(huán)境的影響，風能資源往往存在分布不均、風力不穩(wěn)定等問題?！敝袊芙瘓F安徽省電力設計院有限公司工程師梅雷說，“如何獲得穩(wěn)定的風能？探索高空風能發(fā)電是行之有效的解決方案之一?！?/p>

　　“高空風能是一種儲量豐裕、分布廣泛的可再生清潔能源。”中國能建集團相關技術負責人介紹，“相比于海上風能和陸上風能，高空風能具有功率密度大、風向平穩(wěn)等優(yōu)勢，開發(fā)利用潛力巨大?！?/p>

　　隨著與地面距離的增加，風受到的地面摩擦將逐漸減小，速度將逐漸加大。風能與風速的立方成正比。因此，即便高空中空氣密度有所降低，其蘊含的風能仍比地面大許多倍。高空中蘊含的風能，超過目前人類社會能源總需求的100多倍。

　　高空風能發(fā)電前景廣闊，有望在全球能源轉型中發(fā)揮重要作用。通過利用高海拔地區(qū)持續(xù)不斷的強風，高空風能發(fā)電系統(tǒng)可以提供比陸上風能發(fā)電系統(tǒng)更可靠、更具成本優(yōu)勢的電力來源。資料顯示，高空風能發(fā)電的理論發(fā)電時間可以超過95%，年發(fā)電時間可達6500小時以上。高空風能發(fā)電投資成本約為陸上風電的1/3—1/2，發(fā)電成本約為1/3，而占地面積僅為1/30，并且噪音較小。隨著研究工作的不斷推進，高空風能或將成為未來清潔能源的重要組成部分。

　　高空風能發(fā)電有兩種技術路線

　　作為充分利用高空風資源的創(chuàng)新型技術，高空風能發(fā)電采用獨有的設備組合完成對高空風能的捕獲。隨后，設備將捕獲的風能轉換成機械能，帶動發(fā)電機組旋轉進行發(fā)電。

　　梅雷介紹，高空風能發(fā)電技術主要包括空基高空風力發(fā)電和陸基高空風力發(fā)電兩種技術路線。其中，空基高空風力發(fā)電是把輕型風力發(fā)電機搭載在飛行器上，放飛到高空中。然后，通過特定的操作方式，使飛行器在風和纜繩的共同作用下，沿一定的軌跡循環(huán)飛行。飛行過程中，氣流帶動發(fā)電機發(fā)電，再通過纜繩把電能傳送回地面。

　　而陸基高空風力發(fā)電則是把飛行器系在纜繩上，像“風箏”一樣放飛到高空。飛行器在風力作用下帶動纜繩，纜繩牽引地面發(fā)電機轉盤旋轉，進而產生電能。

　　記者了解到，安徽績溪高空風能發(fā)電新技術示范項目采用的是傘梯組合型陸基高空風能發(fā)電技術路線。傘梯組合型陸基高空風能發(fā)電系統(tǒng)主要由空中設備及地面設備構成?？罩性O備由氦氣球、平衡傘、做功傘、纜繩、驅動器空地通訊系統(tǒng)等部分組成。地面設備主要由儲纜容繩絞車張緊裝置、主卷揚機以及控制系統(tǒng)等部分組成。運轉中的絞車繩速高達每小時50—60千米，與行駛中的汽車速度接近。

　　“傘組通過氦氣球提供初始升力。傘組上升到一定高度后，打開做功傘，即可在500米以上的高空捕獲風能?！泵防捉榻B，在此過程中，主纜繩受到巨大拉力，帶動地面卷揚機、齒輪箱轉動，將風能轉化為機械能。最后，地面發(fā)電設備將機械能轉化為電能，實現發(fā)電。

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　　我國高空風能發(fā)電頗具潛力

　　記者了解到，我國高空風能發(fā)電環(huán)境良好。中國能源建設集團安徽省電力設計院有限公司工程師梅雷說，我國6000米高空的風能密度均值是地表風能密度20倍以上。

　　對此，我國企業(yè)已經開始行動。中國能源建設集團相關人士表示，公司已經成功申報獲批“新型高空風力發(fā)電關鍵技術及裝備”國家重點研發(fā)項目，未來將繼續(xù)開展高空風能發(fā)電技術的研究和試驗，進一步推進高空風能發(fā)電產業(yè)化發(fā)展。2023年，由中國電力工程有限公司牽頭、中路股份有限公司聯合申報的國家重點研發(fā)計劃項目“大型傘梯式陸基高空風力發(fā)電關鍵技術及裝備”也成功獲批。

　　中路股份有限公司新能源事業(yè)部技術工程部總監(jiān)張越此前接受采訪時認為，為推動高空風能產業(yè)發(fā)展，應進一步開展高空風能發(fā)電的規(guī)?；瘧??！半S著高空風電技術的成熟，可以逐步實現規(guī)模化應用，建設更大容量的高空風電項目，提高整體發(fā)電能力。未來，高空風電還可以與其他能源形式進行融合，例如與太陽能光伏發(fā)電、儲能技術等結合，形成多能源互補的綜合能源系統(tǒng)。”張越說。（科技日報）