◎本報記者 劉園園

記者從中國能建集團獲悉，我國首個(gè)高空風(fēng)能?chē)抑攸c(diǎn)研發(fā)計劃核心裝備——世界最大的5000平方米高空風(fēng)力發(fā)電捕風(fēng)傘日前在內蒙古阿拉善左旗試驗場(chǎng)成功開(kāi)傘。其完成全部預定試驗內容后成功實(shí)現空中收傘，這標志著(zhù)我國高空風(fēng)力發(fā)電技術(shù)在工程化應用方面邁出堅實(shí)一步。

高空風(fēng)力發(fā)電的原理是什么？具有哪些優(yōu)勢？適合應用在哪些場(chǎng)景？中國能建集團相關(guān)專(zhuān)家對此進(jìn)行了深入解讀。

捕風(fēng)結構全球最大

“高空風(fēng)力發(fā)電，是利用自主系留升空的空中組件捕獲300米以上高空風(fēng)能，從而實(shí)現風(fēng)能—電能轉換的新能源技術(shù)?！敝袊芙瘓F所屬中國電力工程顧問(wèn)集團有限公司副總經(jīng)理張力介紹，為捕獲高空風(fēng)能，國內外主要有兩種技術(shù)路線(xiàn)：空基高空風(fēng)力發(fā)電與陸基高空風(fēng)力發(fā)電，兩者的核心區別在于發(fā)電機的位置。

此次中國能建集團開(kāi)展試驗的高空風(fēng)力發(fā)電系統，屬于傘梯式陸基高空風(fēng)力發(fā)電，包含“空中捕能—纜繩傳能—地面發(fā)電”三級能量傳遞路徑，就像放飛在高空的巨型“風(fēng)箏”。

“空中傘梯系統由氦氣球提供初始升力，并采用做功傘捕獲風(fēng)能，平衡傘維持系統穩定，通過(guò)纜繩將機械能傳遞至地面?！睆埩忉屨f(shuō)，其中，纜繩采用超高分子聚乙烯材料，可承受百?lài)嵓壚Α?/p>

地面發(fā)電系統則通過(guò)雙機組協(xié)同的卷?yè)P設備，將纜繩直線(xiàn)運動(dòng)轉為旋轉動(dòng)力，配合萬(wàn)向滑輪架適應風(fēng)向變化，實(shí)現機械能發(fā)電，并使單機功率達到兆瓦級。

值得一提的是，此次試驗中用于捕獲風(fēng)能的高空風(fēng)力發(fā)電做功傘是全球最大的高空風(fēng)能捕獲結構。項目團隊通過(guò)氣動(dòng)優(yōu)化提升了做功傘捕風(fēng)效率，通過(guò)傘型設計拓展了開(kāi)傘尺寸極限。

突破傳統風(fēng)電瓶頸

“在全球能源轉型浪潮的推動(dòng)下，風(fēng)電裝機規模保持著(zhù)持續高速增長(cháng)的態(tài)勢。然而，傳統陸上風(fēng)電與海上風(fēng)電正面臨兩大愈發(fā)突出的瓶頸?！睆埩φ劦?。

他分析，近地風(fēng)資源的開(kāi)發(fā)空間受到限制，可獲取的高質(zhì)量風(fēng)場(chǎng)日益稀缺；更為關(guān)鍵的是，風(fēng)力具有較強的間歇性與較大的波動(dòng)性，這對電網(wǎng)的穩定性帶來(lái)挑戰。這些發(fā)展瓶頸不僅限制了風(fēng)能潛力的充分釋放，而且難以滿(mǎn)足新型電力系統對于高度穩定性和強大調峰能力的核心需求。

在張力看來(lái)，突破傳統風(fēng)電瓶頸的戰略機遇，潛藏于近地空間之上——即距離地面300米至10000米的高空。

“科學(xué)研究表明，這一區域蘊藏著(zhù)極為豐富且未充分利用的風(fēng)能資源，其理論儲量可達全球電力總消費需求的100倍以上?！睆埩榻B，相比于近地風(fēng)能，高空風(fēng)能具備顯著(zhù)優(yōu)勢：能量密度成倍提升、風(fēng)向風(fēng)速顯著(zhù)穩定、全球性廣泛分布。這些特性為應對新型電力系統穩定性和調峰需求提供了潛在有效的解決方案。

拓寬風(fēng)能利用場(chǎng)景

2024年初，中國能建集團投資建設的我國首個(gè)高空風(fēng)能發(fā)電工程化試驗項目——安徽績(jì)溪高空風(fēng)能發(fā)電新技術(shù)示范項目成功發(fā)電。該項目采用傘梯式陸基高空風(fēng)力發(fā)電技術(shù)路線(xiàn)，總裝機容量達兆瓦級，能夠利用300—3000米高空風(fēng)能進(jìn)行發(fā)電，是我國高空風(fēng)能發(fā)電技術(shù)的首次工程化實(shí)踐。

“在諸多高空風(fēng)電解決方案里，傘梯式陸基技術(shù)路線(xiàn)呈現出顯著(zhù)的商業(yè)化潛力與應用靈活性?！睆埩榻B，傘梯式陸基高空風(fēng)力發(fā)電技術(shù)具備功率輸出大、配置靈活、高度模塊化設計等特點(diǎn)，可支持車(chē)載式、分布式、集中式等多種靈活的部署方案。

張力舉例說(shuō)，傘梯式陸基高空風(fēng)力發(fā)電技術(shù)可部署在內蒙古、青海等風(fēng)資源富集區，與風(fēng)光基地協(xié)同構建三維立體能源矩陣；可面向離網(wǎng)供電孤島，為遠海哨所、高原科考站等提供全天候清潔電力；可應用于城市應急支援，作為車(chē)載系統隨時(shí)響應自然災害、電網(wǎng)故障等突發(fā)需求。此外，還能夠與火電、光伏等發(fā)電場(chǎng)景形成有效互補，增強多能源系統的整體韌性。

“傘梯式陸基高空風(fēng)力發(fā)電技術(shù)將拓寬風(fēng)能資源全方位利用新場(chǎng)景?！睆埩Ρ硎?。