年發電時間超6500小時，發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電新技術示范項目成功發電，成為我國首個可并網的兆瓦級高空風能發電示范項目。該項目總裝機容量2×2.4兆瓦，能夠利用500—3000米的高空風能發電，是我國高空風能發電技術的首次工程化實踐，對推動高空風能發電技術進步及其產業化發展具有重要意義。那么，為何要利用高空風能發電？高空風能發電有哪些技術路線？

　　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、氣候、地表環境的影響，風能資源往往存在分布不均、風力不穩定等問題。”中國能建集團安徽省電力設計院有限公司工程師梅雷說，“如何獲得穩定的風能？探索高空風能發電是行之有效的解決方案之一。”

　　“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、風向平穩等優勢，開發利用潛力巨大。”

　　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。

　　高空風能發電前景廣闊，有望在全球能源轉型中發揮重要作用。通過利用高海拔地區持續不斷的強風，高空風能發電系統可以提供比陸上風能發電系統更可靠、更具成本優勢的電力來源。資料顯示，高空風能發電的理論發電時間可以超過95%，年發電時間可達6500小時以上。高空風能發電投資成本約為陸上風電的1/3—1/2，發電成本約為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。

　　高空風能發電有兩種技術路線

　　作為充分利用高空風資源的創新型技術，高空風能發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，帶動發電機組旋轉進行發電。

　　梅雷介紹，高空風能發電技術主要包括空基高空風力發電和陸基高空風力發電兩種技術路線。其中，空基高空風力發電是把輕型風力發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，沿一定的軌跡循環飛行。飛行過程中，氣流帶動發電機發電，再通過纜繩把電能傳送回地面。

　　而陸基高空風力發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電新技術示范項目采用的是傘梯組合型陸基高空風能發電技術路線。傘梯組合型陸基高空風能發電系統主要由空中設備及地面設備構成。空中設備由氦氣球、平衡傘、做功傘、纜繩、驅動器空地通訊系統等部分組成。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。”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、齒輪箱轉動，將風能轉化為機械能。最后，地面發電設備將機械能轉化為電能，實現發電。

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　　我國高空風能發電頗具潛力

　　記者了解到，我國高空風能發電環境良好。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“新型高空風力發電關鍵技術及裝備”國家重點研發項目，未來將繼續開展高空風能發電技術的研究和試驗，進一步推進高空風能發電產業化發展。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計劃項目“大型傘梯式陸基高空風力發電關鍵技術及裝備”也成功獲批。

　　中路股份有限公司新能源事業部技術工程部總監張越此前接受采訪時認為，為推動高空風能產業發展，應進一步開展高空風能發電的規模化應用。“隨著高空風電技術的成熟，可以逐步實現規模化應用，建設更大容量的高空風電項目，提高整體發電能力。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電、儲能技術等結合，形成多能源互補的綜合能源系統。”張越說。（科技日報）