用類(lèi)似放風(fēng)箏的方式將發(fā)電設(shè)備置于空中，利用200米以上高空充裕的風(fēng)能進(jìn)行發(fā)電，再用線纜傳回地面，這一曾經(jīng)不可思議的設(shè)想正一步步成為現(xiàn)實(shí)。

1月30日，國(guó)內(nèi)首個(gè)商業(yè)化高空風(fēng)能發(fā)電項(xiàng)目——績(jī)溪中路高空風(fēng)能發(fā)電有限公司高空風(fēng)能發(fā)電項(xiàng)目在安徽績(jī)溪金沙鎮(zhèn)開(kāi)工。未來(lái)，項(xiàng)目首期10兆瓦高空風(fēng)電有望并入國(guó)家電網(wǎng)。

或改變風(fēng)電大規(guī)模外送格局

據(jù)介紹，績(jī)溪中路高空風(fēng)能發(fā)電項(xiàng)目經(jīng)安徽省發(fā)改委能源局批準(zhǔn)立項(xiàng)，項(xiàng)目采用廣東高空風(fēng)能技術(shù)有限公司研發(fā)的5兆瓦高空風(fēng)能發(fā)電機(jī)組，總建設(shè)規(guī)模100兆瓦，總投資7.9億元。采取一次規(guī)劃、設(shè)計(jì)，分期建設(shè)、安裝。第一期工程安裝2臺(tái)5兆瓦高空風(fēng)能發(fā)電機(jī)組，裝機(jī)容量為10兆瓦，年發(fā)電量約為4700萬(wàn)千瓦時(shí)，建設(shè)工期3年，總投資1.2億元，電量并入國(guó)家電網(wǎng)，將為華東地區(qū)提供高品質(zhì)的清潔能源。

目前，我國(guó)風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)已達(dá)1.64億千瓦，均由傳統(tǒng)的低空風(fēng)力發(fā)電技術(shù)貢獻(xiàn)。在國(guó)際上，低空風(fēng)電也是主流的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)路線。不過(guò)，廣東高空風(fēng)能技術(shù)有限公司相關(guān)人士表示，傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電方式存在一些瓶頸：一方面常規(guī)的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)主要集中于100米左右的空間，該高度內(nèi)風(fēng)能儲(chǔ)存不足，發(fā)電機(jī)組有效利用小時(shí)遠(yuǎn)低于火電和水電;另一方面低空風(fēng)電受地勢(shì)影響較大，風(fēng)向有較大的不確定，需要較多支架和葉片收集風(fēng)能，因此造成了低空風(fēng)電占地面積大，造價(jià)昂貴。相比之下，高空風(fēng)能是一種儲(chǔ)量巨大、分布廣泛的可再生清潔能源，其理論發(fā)電時(shí)間可以超過(guò)95%，年發(fā)電時(shí)間可高達(dá)6500小時(shí)以上。同傳統(tǒng)風(fēng)電相比，高空風(fēng)電投資成本約為常規(guī)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，并且免除了噪音困擾，對(duì)環(huán)境影響較小。

據(jù)了解，我國(guó)低空風(fēng)能主要集中在“三北”地區(qū)，而用電負(fù)荷在東部，這造成目前風(fēng)電要大規(guī)模外送的難題。而高空風(fēng)能與我國(guó)的用電格局存在著天然的匹配。

根據(jù)美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心對(duì)全球風(fēng)能密度的測(cè)算，由于我國(guó)特殊的地理環(huán)境，當(dāng)高度超過(guò)500米后，風(fēng)能密集地區(qū)便逐漸向東南沿海移動(dòng)，在3000米到10000米范圍內(nèi)，高空風(fēng)能資源最密集的區(qū)域正好集中在華東、華中、華南等經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)地區(qū)，如果高空風(fēng)能可以大規(guī)模收集利用，則無(wú)需耗費(fèi)巨資建設(shè)長(zhǎng)距離、大容量的輸電通道。

中外企業(yè)競(jìng)相進(jìn)入高新領(lǐng)域

據(jù)記者了解，過(guò)去幾年，在美國(guó)、歐洲涌現(xiàn)了一批研發(fā)高空風(fēng)電技術(shù)的公司，經(jīng)粗略統(tǒng)計(jì)，目前高空風(fēng)能發(fā)電公司全球已經(jīng)有50多家。

2013年谷歌首次以Google X為名宣布收購(gòu)空中風(fēng)力渦輪發(fā)電設(shè)備公司Makani Power，高空風(fēng)電技術(shù)引發(fā)能源界關(guān)注。意大利KiteGen科技公司同樣將目光投向高空風(fēng)能，并開(kāi)發(fā)出全新的MARS系統(tǒng)，把高空風(fēng)電朝商業(yè)化應(yīng)用推進(jìn)了一步。

據(jù)了解，目前在國(guó)內(nèi)從事高空風(fēng)能技術(shù)研發(fā)應(yīng)用的只有廣東高空風(fēng)能技術(shù)有限公司一家。該公司于2009年11月落戶廣州開(kāi)發(fā)區(qū)。2014年9月，主營(yíng)自行車(chē)的中路股份重金入股該公司，進(jìn)軍清潔能源領(lǐng)域，曾引起業(yè)內(nèi)廣泛關(guān)注。近年來(lái)，中路股份不斷增大投資，押寶高空風(fēng)電技術(shù)。

資料顯示，廣東高空風(fēng)能技術(shù)有限公司由張建軍、鄒南之、廖國(guó)鈞等技術(shù)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建。張建軍早年曾在美國(guó)幾家公司擔(dān)任技術(shù)總監(jiān)，擁有多項(xiàng)發(fā)明專(zhuān)利。2005年，他在美國(guó)加州創(chuàng)建了天風(fēng)公司，發(fā)明了一種新型的高空風(fēng)電技術(shù)，稱(chēng)為“天風(fēng)技術(shù)”。這是一種“風(fēng)箏”式的高空風(fēng)電技術(shù)。

“天風(fēng)技術(shù)的主要原理就是使風(fēng)箏如滑翔機(jī)般借助風(fēng)力上升，產(chǎn)生的拉力拉動(dòng)纜繩帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電;當(dāng)風(fēng)箏上升到最大高度后，再通過(guò)控制系統(tǒng)調(diào)整風(fēng)箏翅膀的角度，使其利用自身重力下降。之后再上升供電，如此反復(fù)。”廣東高空風(fēng)能技術(shù)有限公司相關(guān)人士介紹說(shuō)。

該公司稱(chēng)，他們的傘梯組合風(fēng)能采集技術(shù)在世界處于領(lǐng)先水平，在國(guó)內(nèi)外已擁有多項(xiàng)發(fā)明專(zhuān)利和自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。“從近年來(lái)的多次實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)測(cè)算，高空風(fēng)電技術(shù)商業(yè)化之后度電成本有繼續(xù)下降的潛力，可達(dá)到低于0.3元/千瓦時(shí)的水平。”該公司相關(guān)人士表示。

大規(guī)模商業(yè)化仍面臨難題

然而，從實(shí)驗(yàn)室技術(shù)到商業(yè)化應(yīng)用，這條路注定不會(huì)平坦。

業(yè)內(nèi)認(rèn)為，高空風(fēng)電技術(shù)商業(yè)化應(yīng)用還面臨兩大技術(shù)難點(diǎn)：一是材料，二是控制技術(shù)。首先，高空風(fēng)能收集、轉(zhuǎn)換所需要的輕質(zhì)高強(qiáng)度材料難以獲得，這種材料必須同時(shí)具備超輕、高強(qiáng)度、耐腐蝕的特點(diǎn)。此外，高空風(fēng)電的原理雖然簡(jiǎn)單，但具體的控制技術(shù)卻異常復(fù)雜、精細(xì)。

“除了兩大難點(diǎn)外，發(fā)展高空風(fēng)能發(fā)電還需要相關(guān)部門(mén)在空域管理、并網(wǎng)發(fā)電及相關(guān)配套方面給予支持和鼓勵(lì)，當(dāng)然，從理論上說(shuō)，高空風(fēng)能發(fā)電屬于全新的清潔能源技術(shù)，無(wú)論現(xiàn)在是否具備產(chǎn)業(yè)化條件，都值得跟蹤和研究。”有風(fēng)電業(yè)內(nèi)人士表示。

安徽省發(fā)改委能源局在該項(xiàng)目的批復(fù)函中稱(chēng)，鑒于該項(xiàng)目為國(guó)內(nèi)首次高空風(fēng)電規(guī)模化商業(yè)化建設(shè)項(xiàng)目，技術(shù)尚處于初步試驗(yàn)示范階段，本著“先行示范、陸續(xù)推廣”的原則，同意項(xiàng)目按裝機(jī)容量100兆瓦一次規(guī)劃，分期實(shí)施。并要求實(shí)施公司在已有2.5兆瓦實(shí)驗(yàn)電站的基礎(chǔ)上，科學(xué)制定分步實(shí)施計(jì)劃，完善技術(shù)方案，穩(wěn)步推進(jìn)項(xiàng)目建設(shè)，確保項(xiàng)目長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)可靠。

不過(guò)，發(fā)展高空風(fēng)電技術(shù)也獲得了國(guó)家層面的鼓勵(lì)。2016年，國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局印發(fā)的《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)(2016-2030)》，明確了開(kāi)展大型高空風(fēng)電機(jī)組關(guān)鍵技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)200-300米高空風(fēng)力發(fā)電推廣應(yīng)用。按照規(guī)劃，2020年將形成200-300米高空風(fēng)力發(fā)電成套技術(shù)，并于2030年獲得實(shí)際應(yīng)用推廣。

在政策的加持下，高空風(fēng)電商業(yè)化應(yīng)用所面臨的諸多難點(diǎn)，或許能早日突破。

高空風(fēng)力發(fā)電兩條技術(shù)路線(鏈接)

路線一：利用氦氣球等升力作用，將發(fā)電機(jī)升到半空中，在高空中利用豐富的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，之后通過(guò)電纜傳到地面電網(wǎng)。這一技術(shù)路線的典型代表為麻省理工學(xué)院的高空風(fēng)電系統(tǒng)“空中浮動(dòng)渦輪”。

路線二：將發(fā)電機(jī)組固定在地面，通過(guò)巨型“風(fēng)箏”在空中利用風(fēng)能拉動(dòng)地面發(fā)電機(jī)組，從而將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，帶動(dòng)地面的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能，從而解決電纜和發(fā)電機(jī)的自重問(wèn)題。意大利KiteGen的MARS系統(tǒng)是該技術(shù)路線的典型代表。