近期，我國(guó)自主研制的浮空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)成功升空發(fā)電，引發(fā)業(yè)內(nèi)關(guān)注。高空風(fēng)能作為新能源領(lǐng)域的重要組成部分，因其清潔、可再生、能量密度大、可利用小時(shí)數(shù)高等優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是前景可期的綠色能源。采集高空風(fēng)能可以獲得清潔、低成本、高穩(wěn)定性的風(fēng)電，對(duì)其的開(kāi)發(fā)和利用或?qū)θ蚰茉吹木G色轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。
我國(guó)是世界高空風(fēng)能資源最豐富的國(guó)家之一，相關(guān)技術(shù)發(fā)展如何?距離應(yīng)用階段還有多遠(yuǎn)?如何謀篇布局，為能源結(jié)構(gòu)的綠色轉(zhuǎn)型提供新動(dòng)力?記者帶著這些問(wèn)題對(duì)相關(guān)企業(yè)和專家進(jìn)行調(diào)研和采訪，了解我國(guó)在高空風(fēng)能領(lǐng)域的探索與實(shí)踐。
自主研制 成功升空發(fā)電
10月10日，具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的S500型涵道式浮空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，在湖北荊門漳河機(jī)場(chǎng)試驗(yàn)區(qū)域輕盈放飛升空，順利達(dá)到500米高度并成功發(fā)電。
據(jù)介紹，涵道式浮空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，是利用充氦浮空器將輕量化的發(fā)電機(jī)組運(yùn)升至設(shè)定高度，利用涵道引射擴(kuò)散原理，通過(guò)系纜將電能傳輸至地面的技術(shù)及裝備系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)由浮空平臺(tái)、發(fā)電模塊、電力傳輸和系留線纜組成。此前297米的升空高度和30千瓦的發(fā)電功率，長(zhǎng)期由國(guó)外研究團(tuán)隊(duì)保持。
北京臨一云川能源技術(shù)有限公司聯(lián)合清華大學(xué)、中科院空天院等多家科研機(jī)構(gòu)協(xié)同創(chuàng)新。研發(fā)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)完成了初始驗(yàn)證樣機(jī)、工藝驗(yàn)證樣機(jī)、萬(wàn)米浮空樣機(jī)和原理測(cè)試樣機(jī)，形成了應(yīng)急搶險(xiǎn)型號(hào)(S500)與發(fā)電高度不超過(guò)3000米的初級(jí)電網(wǎng)型號(hào)兩大產(chǎn)品系列。
“S500型涵道式浮空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是為應(yīng)急救援、智能測(cè)繪、城市安保等低空經(jīng)濟(jì)應(yīng)用場(chǎng)景研制的產(chǎn)品系列。當(dāng)?shù)卣?、洪?zāi)發(fā)生后，它能迅速升空，幫助保障現(xiàn)場(chǎng)供電、通訊暢通等，并將前方實(shí)時(shí)畫面?zhèn)骰刂笓]中心。”北京臨一云川能源技術(shù)有限公司首席技術(shù)官翁翰鈳介紹，直徑15米、長(zhǎng)度23米的S500順利升空至500米高度，載荷量、升阻比、風(fēng)能利用率達(dá)標(biāo)，迎風(fēng)姿態(tài)穩(wěn)定，發(fā)電功率保持在50千瓦以上。后續(xù)還將測(cè)試1000米高度及100千瓦發(fā)電功率。
北京臨一云川能源技術(shù)有限公司創(chuàng)始人兼CEO頓天瑞說(shuō)，S500型涵道式浮空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，已構(gòu)建了以引射擴(kuò)散升力體涵道布局為基礎(chǔ)，以廣域低溫氣體循環(huán)技術(shù)、光量子風(fēng)場(chǎng)遙感預(yù)測(cè)系統(tǒng)、晶振高功率密度直流發(fā)電系統(tǒng)為主干的自主技術(shù)體系。
各方競(jìng)逐 尚待開(kāi)發(fā)
距地面500米至10000米的高空風(fēng)能是人類迄今還沒(méi)有開(kāi)發(fā)利用的新能源。這是一種儲(chǔ)量豐裕、分布廣泛的可再生清潔能源。國(guó)外環(huán)境和氣候科學(xué)家的研究報(bào)告指出，高空中蘊(yùn)藏的風(fēng)能超過(guò)人類社會(huì)總需能源的100多倍。高空風(fēng)的特點(diǎn)是風(fēng)速高、分布廣、風(fēng)向穩(wěn)定、常年不斷，具有很高的能源開(kāi)發(fā)價(jià)值。
在風(fēng)能資源豐富的風(fēng)力發(fā)電站區(qū)域，地面風(fēng)力也遠(yuǎn)小于高空，地面附近的風(fēng)力密度低于每平方米1千瓦。而在高空區(qū)域，風(fēng)力密度則可以達(dá)到每平方米5至10千瓦，甚至更高。
根據(jù)風(fēng)力發(fā)電的基本原理，風(fēng)中的能量與風(fēng)速的三次方成正比。中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院浮空器高空發(fā)電項(xiàng)目負(fù)責(zé)人宮澤奇解釋說(shuō)，這意味著，風(fēng)速增加1倍時(shí)，風(fēng)中的能量增加到8倍，3倍風(fēng)速則意味著高達(dá)27倍的能量。因此，風(fēng)速快的地方是理想的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)。
我國(guó)是世界高空風(fēng)能資源豐富的國(guó)家之一，內(nèi)蒙古、甘肅北部、東南沿海等地區(qū)低空風(fēng)能最富集，而高度在5000米以上時(shí)，我國(guó)大部分地區(qū)的風(fēng)能密度均超過(guò)每平方米1千瓦。采集高空風(fēng)能可以獲得清潔、低成本以及高穩(wěn)定性的風(fēng)電，這使得高空風(fēng)能的發(fā)電效率遠(yuǎn)高于地面風(fēng)電。
近年來(lái)，隨著材料技術(shù)、浮空器技術(shù)、輕量化電機(jī)系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，高空風(fēng)能發(fā)電技術(shù)的價(jià)值逐步凸顯，為全球能源轉(zhuǎn)型提供了可持續(xù)、可再生的能源解決方案，成為全球能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵組成部分。
事實(shí)上，國(guó)外早在20世紀(jì)70年代出現(xiàn)能源危機(jī)時(shí)，各類高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就不斷涌現(xiàn)。發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)高空風(fēng)能發(fā)電的研究從未停止，美國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、荷蘭、意大利等多次進(jìn)行過(guò)高空風(fēng)能發(fā)電試驗(yàn)。目前，全球有超過(guò)50家高空風(fēng)能發(fā)電公司，注冊(cè)了數(shù)百項(xiàng)專利。
宮澤奇說(shuō)，高空風(fēng)能的開(kāi)發(fā)方式多樣，按照風(fēng)能捕獲與機(jī)電能量轉(zhuǎn)化方式的不同，目前，世界上的高空風(fēng)能發(fā)電技術(shù)可分為空基高空風(fēng)力發(fā)電、陸基高空風(fēng)力發(fā)電兩種類型。
加速?gòu)募夹g(shù)突破向?qū)嶋H利用邁進(jìn)
隨著全球?qū)稍偕茉葱枨蟮娜找嬖鲩L(zhǎng)，高空風(fēng)力發(fā)電技術(shù)正成為綠色能源領(lǐng)域的一顆新星。清華大學(xué)電機(jī)系副主任陸超教授認(rèn)為，中國(guó)逐漸具備發(fā)展高空風(fēng)電的“天時(shí)、地利、人和”。
天時(shí)，政策與市場(chǎng)雙重驅(qū)動(dòng)。我國(guó)堅(jiān)定推進(jìn)碳達(dá)峰、碳中和，高空風(fēng)能發(fā)電技術(shù)迎來(lái)了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。出臺(tái)《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃(2016-2030年)》等系列政策，將高空風(fēng)力發(fā)電技術(shù)寫入國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃指南，為高空風(fēng)力發(fā)電行業(yè)提供了明確、廣闊的市場(chǎng)前景。此外，能源央企紛紛成立包括高空風(fēng)能開(kāi)發(fā)的新能源業(yè)務(wù)板塊，高空風(fēng)電市場(chǎng)漸熱。
地利，豐富的高空風(fēng)能資源。中國(guó)獨(dú)特的高空風(fēng)能資源為高空發(fā)電技術(shù)發(fā)展提供了天然的地理優(yōu)勢(shì)。有國(guó)際權(quán)威氣候監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，高空風(fēng)能最佳地點(diǎn)就包括中國(guó)所在的亞洲東海岸。數(shù)據(jù)顯示，最先進(jìn)的地面風(fēng)力發(fā)電站的風(fēng)力密度低于每平方米1千瓦，而中國(guó)陸地上空萬(wàn)米高空處大部分地區(qū)的風(fēng)力密度均值逾每平方米5千瓦。其中，江浙魯?shù)貐^(qū)上空的高空急流附近的風(fēng)力密度甚至可達(dá)每平方米30千瓦。中國(guó)的高空風(fēng)能條件尤其好，風(fēng)力強(qiáng)且分布廣，大部分地區(qū)都具有適合發(fā)展高空風(fēng)電的氣候條件。
人和，技術(shù)突破與人才優(yōu)勢(shì)。據(jù)了解，中國(guó)企業(yè)在陸基和空基兩種技術(shù)路線的成功探索，使得中國(guó)在高空風(fēng)能顛覆式技術(shù)方面躋身世界前列。在此過(guò)程中培養(yǎng)而成的一批專業(yè)的技術(shù)和管理人才，也將為中國(guó)高空風(fēng)能發(fā)電技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用提供穩(wěn)固、持續(xù)的智力支持。
陸超建議，通過(guò)政策支持、市場(chǎng)準(zhǔn)入、國(guó)際合作、加快示范項(xiàng)目建設(shè)等，充分利用天時(shí)地利人和的優(yōu)勢(shì)，加速高空風(fēng)能早日從技術(shù)突破向?qū)嶋H利用邁進(jìn)，實(shí)現(xiàn)商業(yè)化和規(guī)?；l(fā)展。
來(lái)源：經(jīng)濟(jì)參考報(bào)記者 閆睿
評(píng)論