年發(fā)電時(shí)間超6500小時(shí)，發(fā)電成本僅為陸上風(fēng)電的1/3

　　用高空的風(fēng)“點(diǎn)亮”千家萬(wàn)戶的燈

　　◎本報(bào)記者 劉園園

　　說(shuō)起風(fēng)能發(fā)電，很多人會(huì)想起地面上一個(gè)個(gè)白色的“大風(fēng)車(chē)”。它們利用的是低空風(fēng)能。其實(shí)，高空風(fēng)能也能發(fā)電，只不過(guò)它借助的不是“大風(fēng)車(chē)”，而是“風(fēng)箏”。

　　日前，由中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)(以下簡(jiǎn)稱中國(guó)能建集團(tuán))參與投資、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)的安徽績(jī)溪高空風(fēng)能發(fā)電新技術(shù)示范項(xiàng)目成功發(fā)電，成為我國(guó)首個(gè)可并網(wǎng)的兆瓦級(jí)高空風(fēng)能發(fā)電示范項(xiàng)目。該項(xiàng)目總裝機(jī)容量2×2.4兆瓦，能夠利用500—3000米的高空風(fēng)能發(fā)電，是我國(guó)高空風(fēng)能發(fā)電技術(shù)的首次工程化實(shí)踐，對(duì)推動(dòng)高空風(fēng)能發(fā)電技術(shù)進(jìn)步及其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展具有重要意義。那么，為何要利用高空風(fēng)能發(fā)電？高空風(fēng)能發(fā)電有哪些技術(shù)路線？

　　儲(chǔ)量遠(yuǎn)超人類社會(huì)能源需求

　　“目前風(fēng)能的利用仍以包括陸上風(fēng)能在內(nèi)的低空風(fēng)能為主，機(jī)組離地高度一般不超過(guò)200米。受季節(jié)、氣候、地表環(huán)境的影響，風(fēng)能資源往往存在分布不均、風(fēng)力不穩(wěn)定等問(wèn)題。”中國(guó)能建集團(tuán)安徽省電力設(shè)計(jì)院有限公司工程師梅雷說(shuō)，“如何獲得穩(wěn)定的風(fēng)能？探索高空風(fēng)能發(fā)電是行之有效的解決方案之一。”

　　“高空風(fēng)能是一種儲(chǔ)量豐裕、分布廣泛的可再生清潔能源。”中國(guó)能建集團(tuán)相關(guān)技術(shù)負(fù)責(zé)人介紹，“相比于海上風(fēng)能和陸上風(fēng)能，高空風(fēng)能具有功率密度大、風(fēng)向平穩(wěn)等優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)利用潛力巨大。”

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

　　高空風(fēng)能發(fā)電前景廣闊，有望在全球能源轉(zhuǎn)型中發(fā)揮重要作用。通過(guò)利用高海拔地區(qū)持續(xù)不斷的強(qiáng)風(fēng)，高空風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)可以提供比陸上風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)更可靠、更具成本優(yōu)勢(shì)的電力來(lái)源。資料顯示，高空風(fēng)能發(fā)電的理論發(fā)電時(shí)間可以超過(guò)95%，年發(fā)電時(shí)間可達(dá)6500小時(shí)以上。高空風(fēng)能發(fā)電投資成本約為陸上風(fēng)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(jìn)，高空風(fēng)能或?qū)⒊蔀槲磥?lái)清潔能源的重要組成部分。

　　高空風(fēng)能發(fā)電有兩種技術(shù)路線

　　作為充分利用高空風(fēng)資源的創(chuàng)新型技術(shù)，高空風(fēng)能發(fā)電采用獨(dú)有的設(shè)備組合完成對(duì)高空風(fēng)能的捕獲。隨后，設(shè)備將捕獲的風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組旋轉(zhuǎn)進(jìn)行發(fā)電。

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

　　而陸基高空風(fēng)力發(fā)電則是把飛行器系在纜繩上，像“風(fēng)箏”一樣放飛到高空。飛行器在風(fēng)力作用下帶動(dòng)纜繩，纜繩牽引地面發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而產(chǎn)生電能。

　　記者了解到，安徽績(jī)溪高空風(fēng)能發(fā)電新技術(shù)示范項(xiàng)目采用的是傘梯組合型陸基高空風(fēng)能發(fā)電技術(shù)路線。傘梯組合型陸基高空風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)主要由空中設(shè)備及地面設(shè)備構(gòu)成。空中設(shè)備由氦氣球、平衡傘、做功傘、纜繩、驅(qū)動(dòng)器空地通訊系統(tǒng)等部分組成。地面設(shè)備主要由儲(chǔ)纜容繩絞車(chē)張緊裝置、主卷?yè)P(yáng)機(jī)以及控制系統(tǒng)等部分組成。運(yùn)轉(zhuǎn)中的絞車(chē)?yán)K速高達(dá)每小時(shí)50—60千米，與行駛中的汽車(chē)速度接近。

　　“傘組通過(guò)氦氣球提供初始升力。傘組上升到一定高度后，打開(kāi)做功傘，即可在500米以上的高空捕獲風(fēng)能。”梅雷介紹，在此過(guò)程中，主纜繩受到巨大拉力，帶動(dòng)地面卷?yè)P(yáng)機(jī)、齒輪箱轉(zhuǎn)動(dòng)，將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。最后，地面發(fā)電設(shè)備將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，實(shí)現(xiàn)發(fā)電。

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　　我國(guó)高空風(fēng)能發(fā)電頗具潛力

　　記者了解到，我國(guó)高空風(fēng)能發(fā)電環(huán)境良好。中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)安徽省電力設(shè)計(jì)院有限公司工程師梅雷說(shuō)，我國(guó)6000米高空的風(fēng)能密度均值是地表風(fēng)能密度20倍以上。

　　對(duì)此，我國(guó)企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始行動(dòng)。中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)相關(guān)人士表示，公司已經(jīng)成功申報(bào)獲批“新型高空風(fēng)力發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)及裝備”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目，未來(lái)將繼續(xù)開(kāi)展高空風(fēng)能發(fā)電技術(shù)的研究和試驗(yàn)，進(jìn)一步推進(jìn)高空風(fēng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。2023年，由中國(guó)電力工程有限公司牽頭、中路股份有限公司聯(lián)合申報(bào)的國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“大型傘梯式陸基高空風(fēng)力發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)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(shù)工程部總監(jiān)張?jiān)酱饲敖邮懿稍L時(shí)認(rèn)為，為推動(dòng)高空風(fēng)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，應(yīng)進(jìn)一步開(kāi)展高空風(fēng)能發(fā)電的規(guī)模化應(yīng)用。“隨著高空風(fēng)電技術(shù)的成熟，可以逐步實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用，建設(shè)更大容量的高空風(fēng)電項(xiàng)目，提高整體發(fā)電能力。未來(lái)，高空風(fēng)電還可以與其他能源形式進(jìn)行融合，例如與太陽(yáng)能光伏發(fā)電、儲(chǔ)能技術(shù)等結(jié)合，形成多能源互補(bǔ)的綜合能源系統(tǒng)。”張?jiān)秸f(shuō)。（科技日?qǐng)?bào)）