相較于傳統(tǒng)風(fēng)電隨意性、波動(dòng)性以及地理位置偏僻導(dǎo)致的電網(wǎng)建設(shè)欠缺等諸多缺點(diǎn),近年來高空風(fēng)電因其密度高、設(shè)備輕量化、年利用小時(shí)數(shù)提高,效益可觀而備受青睞。
據(jù)了解,隨著與地面距離的增加和表面摩擦的減少,風(fēng)速將逐漸加大。而每增加一倍速度,其所蘊(yùn)含的能量在理論上將增加8倍。儲(chǔ)量豐富、分布廣泛的高空風(fēng)能,其理論發(fā)電時(shí)間可以超過95%,年發(fā)電時(shí)間可高達(dá)6500h以上。
美國(guó)環(huán)境和氣候科學(xué)家克里斯蒂安-阿切爾和肯-考德伊拉曾在研究報(bào)告中指出,來自高空急流的風(fēng)所生成的能量是全球所需能量的100多倍。2013年,全球風(fēng)能理事會(huì)已經(jīng)做出預(yù)測(cè),認(rèn)為高空風(fēng)能很有可能是改變世界的能源技術(shù)。高空風(fēng)能可在不同程度上消除現(xiàn)有新能源技術(shù)的缺點(diǎn),且具新的優(yōu)點(diǎn),將部分代替?zhèn)鹘y(tǒng)風(fēng)能,是新能源領(lǐng)域的投資熱點(diǎn)和發(fā)展方向。
高空風(fēng)電已然帶起了新一輪的新能源發(fā)展高潮,這引得無數(shù)資本競(jìng)相參與進(jìn)來。近3年來,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),目前全球已經(jīng)有50多家高空風(fēng)能發(fā)電公司,這50多家公司投入巨資研發(fā)高空風(fēng)電,技術(shù)路線不一。
事實(shí)上,自20世紀(jì)70年代以來,有關(guān)高空風(fēng)電的各項(xiàng)專利不斷涌現(xiàn)??偟膩碚f,高空風(fēng)能技術(shù)分為兩大類:一類是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,之后通過電纜傳到地面電網(wǎng);另一類是將發(fā)電機(jī)組固定在地面,通過巨型“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,以解決電纜和發(fā)電機(jī)的自重問題。
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)都具有發(fā)展高空風(fēng)電、特別是“風(fēng)箏型”發(fā)電的氣候條件。據(jù)美國(guó)權(quán)威氣候監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),全球最優(yōu)的高空風(fēng)力發(fā)電源匹配的恰好也是人口密集地區(qū)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。中國(guó)陸地上空萬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)力密度甚至達(dá)到每平方米30千瓦,為世界之最。
我國(guó)的傳統(tǒng)風(fēng)能資源(100m)主要分布在內(nèi)蒙、吉林、新疆和東南沿海較為狹窄的部分地區(qū)。這些地區(qū)與經(jīng)濟(jì)中心距離較遠(yuǎn),造成了發(fā)電區(qū)域與負(fù)荷區(qū)域地理位置不匹配的問題。而高空風(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),如果可以大規(guī)模收集利用,則無需耗費(fèi)巨資建設(shè)長(zhǎng)距離、大容量的輸電通道,可以實(shí)現(xiàn)就地消納。
對(duì)于能源消費(fèi)大國(guó)之一的中國(guó),高空風(fēng)電的落地正在加速推進(jìn)中。前不久,國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局下發(fā)了《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃(2016~2030年)》明確提出,未來將研究適用于200~300m高度的大型風(fēng)電系統(tǒng)成套技術(shù),開展大型高空風(fēng)電機(jī)組關(guān)鍵技術(shù)研究,研發(fā)100m級(jí)及以上風(fēng)電葉片,實(shí)現(xiàn)200~300m高空風(fēng)力發(fā)電推廣應(yīng)用。
與此同時(shí),《能源技術(shù)革命重點(diǎn)創(chuàng)新行動(dòng)路線圖》在對(duì)技術(shù)方向進(jìn)行細(xì)化的同時(shí),還提出到2020年形成200~300m高空風(fēng)力發(fā)電成套技術(shù),并于2030年獲得實(shí)際應(yīng)用并推廣。
我國(guó)在此領(lǐng)域雖起步較晚但也取得了較大進(jìn)展,成立于2009年的廣東高空風(fēng)能技術(shù)有限公司,是我國(guó)第一家從事高空風(fēng)電技術(shù)研發(fā)的公司。目前,廣東高空風(fēng)能技術(shù)有限公司發(fā)明了“天風(fēng)”技術(shù)方案,采用傘梯組合型高空風(fēng)電機(jī)組解決了高空風(fēng)能采集穩(wěn)定性問題,成為商業(yè)化的優(yōu)勢(shì)方案,且國(guó)內(nèi)首個(gè)示范電站已在安徽蕪湖落戶,且發(fā)電運(yùn)行良好。
前景雖然一片大好,但也面臨著不小的挑戰(zhàn)。在業(yè)內(nèi)人士看來其核心問題無外乎有兩點(diǎn):其一,其運(yùn)行范圍內(nèi)需要禁飛,而我國(guó)高空風(fēng)能豐富的東部地區(qū)航線密集,高空風(fēng)能發(fā)電需要得到軍方的批準(zhǔn);其二,風(fēng)電消納問題也需要得到解決。因此業(yè)內(nèi)專家預(yù)計(jì),如果政策環(huán)境到位,產(chǎn)業(yè)配套成熟,高空風(fēng)電未來發(fā)展值得期待。
?。ㄗ髡撸骸峨姎饧夹g(shù)》雜志記者 劉星)