用高空的风“点亮”千家万户的灯

　　年发电时间超6500小时，发电成本仅为陆上风电的1/3

　　用高空的风“点亮”千家万户的灯

　　◎本报记者 刘园园

　　说起风能发电，很多人会想起地面上一个个白色的“大风车”。它们利用的是低空风能。其实，高空风能也能发电，只不过它借助的不是“大风车”，而是“风筝”。

　　日前，由中国能源建设集团(以下简称中国能建集团)参与投资、建设、运营的安徽绩溪高空风能发电新技术示范项目成功发电，成为我国首个可并网的兆瓦级高空风能发电示范项目。该项目总装机容量2×2.4兆瓦，能够利用500—3000米的高空风能发电，是我国高空风能发电技术的首次工程化实践，对推动高空风能发电技术进步及其产业化发展具有重要意义。那么，为何要利用高空风能发电？高空风能发电有哪些技术路线？

　　储量远超人类社会能源需求

　　“目前风能的利用仍以包括陆上风能在内的低空风能为主，机组离地高度一般不超过200米。受季节、气候、地表环境的影响，风能资源往往存在分布不均、风力不稳定等问题。”中国能建集团安徽省电力设计院有限公司工程师梅雷说，“如何获得稳定的风能？探索高空风能发电是行之有效的解决方案之一。”

　　“高空风能是一种储量丰裕、分布广泛的可再生清洁能源。”中国能建集团相关技术负责人介绍，“相比于海上风能和陆上风能，高空风能具有功率密度大、风向平稳等优势，开发利用潜力巨大。”

　　随着与地面距离的增加，风受到的地面摩擦将逐渐减小，速度将逐渐加大。风能与风速的立方成正比。因此，即便高空中空气密度有所降低，其蕴含的风能仍比地面大许多倍。高空中蕴含的风能，超过目前人类社会能源总需求的100多倍。

　　高空风能发电前景广阔，有望在全球能源转型中发挥重要作用。通过利用高海拔地区持续不断的强风，高空风能发电系统可以提供比陆上风能发电系统更可靠、更具成本优势的电力来源。资料显示，高空风能发电的理论发电时间可以超过95%，年发电时间可达6500小时以上。高空风能发电投资成本约为陆上风电的1/3—1/2，发电成本约为1/3，而占地面积仅为1/30，并且噪音较小。随着研究工作的不断推进，高空风能或将成为未来清洁能源的重要组成部分。

　　高空风能发电有两种技术路线

　　作为充分利用高空风资源的创新型技术，高空风能发电采用独有的设备组合完成对高空风能的捕获。随后，设备将捕获的风能转换成机械能，带动发电机组旋转进行发电。

　　梅雷介绍，高空风能发电技术主要包括空基高空风力发电和陆基高空风力发电两种技术路线。其中，空基高空风力发电是把轻型风力发电机搭载在飞行器上，放飞到高空中。然后，通过特定的操作方式，使飞行器在风和缆绳的共同作用下，沿一定的轨迹循环飞行。飞行过程中，气流带动发电机发电，再通过缆绳把电能传送回地面。

　　而陆基高空风力发电则是把飞行器系在缆绳上，像“风筝”一样放飞到高空。飞行器在风力作用下带动缆绳，缆绳牵引地面发电机转盘旋转，进而产生电能。

　　记者了解到，安徽绩溪高空风能发电新技术示范项目采用的是伞梯组合型陆基高空风能发电技术路线。伞梯组合型陆基高空风能发电系统主要由空中设备及地面设备构成。空中设备由氦气球、平衡伞、做功伞、缆绳、驱动器空地通讯系统等部分组成。地面设备主要由储缆容绳绞车张紧装置、主卷扬机以及控制系统等部分组成。运转中的绞车绳速高达每小时50—60千米，与行驶中的汽车速度接近。

　　“伞组通过氦气球提供初始升力。伞组上升到一定高度后，打开做功伞，即可在500米以上的高空捕获风能。”梅雷介绍，在此过程中，主缆绳受到巨大拉力，带动地面卷扬机、齿轮箱转动，将风能转化为机械能。最后，地面发电设备将机械能转化为电能，实现发电。

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　　我国高空风能发电颇具潜力

　　记者了解到，我国高空风能发电环境良好。中国能源建设集团安徽省电力设计院有限公司工程师梅雷说，我国6000米高空的风能密度均值是地表风能密度20倍以上。

　　对此，我国企业已经开始行动。中国能源建设集团相关人士表示，公司已经成功申报获批“新型高空风力发电关键技术及装备”国家重点研发项目，未来将继续开展高空风能发电技术的研究和试验，进一步推进高空风能发电产业化发展。2023年，由中国电力工程有限公司牵头、中路股份有限公司联合申报的国家重点研发计划项目“大型伞梯式陆基高空风力发电关键技术及装备”也成功获批。

　　中路股份有限公司新能源事业部技术工程部总监张越此前接受采访时认为，为推动高空风能产业发展，应进一步开展高空风能发电的规模化应用。“随着高空风电技术的成熟，可以逐步实现规模化应用，建设更大容量的高空风电项目，提高整体发电能力。未来，高空风电还可以与其他能源形式进行融合，例如与太阳能光伏发电、储能技术等结合，形成多能源互补的综合能源系统。”张越说。（科技日报）