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(shè)集團(以下簡稱中國能建集團)參與投資、建設(shè)、運營的安徽績溪高空風能發(fā)電新技術(shù)示范項目成功發(fā)電，成為我國首個可并網(wǎng)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(shù)的首次工程化實踐，對推動高空風能發(fā)電技術(shù)進步及其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展具有重要意義。那么，為何要利用高空風能發(fā)電？高空風能發(fā)電有哪些技術(shù)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(nèi)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(shè)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?！敝袊芙瘓F相關(guān)技術(shù)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(zhuǎn)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?qū)⒊蔀槲磥砬鍧嵞茉吹闹匾M成部分。

　　高空風能發(fā)電有兩種技術(shù)路線

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

　　梅雷介紹，高空風能發(fā)電技術(shù)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(shù)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(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，進而產(chǎn)生電能。

　　記者了解到，安徽績溪高空風能發(fā)電新技術(shù)示范項目采用的是傘梯組合型陸基高空風能發(fā)電技術(shù)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(shè)備及地面設(shè)備構(gòu)成?？罩性O(shè)備由氦氣球、平衡傘、做功傘、纜繩、驅(qū)動器空地通訊系統(tǒng)等部分組成。地面設(shè)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(zhuǎn)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。”梅雷介紹，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(zhuǎn)動，將風能轉(zhuǎn)化為機械能。最后，地面發(fā)電設(shè)備將機械能轉(zhuǎn)化為電能，實現(xiàn)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(shè)集團安徽省電力設(shè)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(jīng)開始行動。中國能源建設(shè)集團相關(guān)人士表示，公司已經(jīng)成功申報獲批“新型高空風力發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)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(shù)的研究和試驗，進一步推進高空風能發(fā)電產(chǎn)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(lián)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(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)張越此前接受采訪時認為，為推動高空風能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，應(yīng)進一步開展高空風能發(fā)電的規(guī)?；瘧?yīng)用?！半S著高空風電技術(shù)的成熟，可以逐步實現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用，建設(shè)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(shù)等結(jié)合，形成多能源互補的綜合能源系統(tǒng)?！睆堅秸f。（科技日報）