高空風能：前景可期的綠能場？

　　近期，我國自主研製的浮空風力發電系統成功升空發電，引發業內關注。高空風能作為新能源領域的重要組成部分，因其清潔、可再生、能量密度大、可利用小時數高等優勢，被認為是前景可期的綠色能源。採集高空風能可以獲得清潔、低成本、高穩定性的風電，對其的開發和利用或對全球能源的綠色轉型和可持續發展産生深遠影響。

　　我國是世界高空風能資源最豐富的國家之一，相關技術發展如何？距離應用階段還有多遠？如何謀篇佈局，為能源結構的綠色轉型提供新動力？記者帶著這些問題對相關企業和專家進行調研和採訪，了解我國在高空風能領域的探索與實踐。

　　自主研製 成功升空發電

　　10月10日，具有完全自主智慧財産權的S500型涵道式浮空風力發電系統，在湖北荊門漳河機場試驗區域輕盈放飛升空，順利達到500米高度並成功發電。

　　據介紹，涵道式浮空風力發電系統，是利用充氦浮空器將輕量化的發電機組運升至設定高度，利用涵道引射擴散原理，通過係纜將電能傳輸至地面的技術及裝備系統。整個系統由浮空平臺、發電模組、電力傳輸和係留線纜組成。此前297米的升空高度和30千瓦的發電功率，長期由國外研究團隊保持。

　　北京臨一雲川能源技術有限公司聯合清華大學、中科院空天院等多家科研機構協同創新。研發團隊已經完成了初始驗證樣機、工藝驗證樣機、萬米浮空樣機和原理測試樣機，形成了應急搶險型號(S500)與發電高度不超過3000米的初級電網型號兩大産品系列。

　　“S500型涵道式浮空風力發電系統是為應急救援、智慧測繪、城市安保等低空經濟應用場景研製的産品系列。當地震、洪災發生後，它能迅速升空，幫助保障現場供電、通訊暢通等，並將前方實時畫面傳回指揮中心。”北京臨一雲川能源技術有限公司首席技術官翁翰鈳介紹，直徑15米、長度23米的S500順利升空至500米高度，載荷量、升阻比、風能利用率達標，迎風姿態穩定，發電功率保持在50千瓦以上。後續還將測試1000米高度及100千瓦發電功率。

　　北京臨一雲川能源技術有限公司創始人兼CEO頓天瑞説，S500型涵道式浮空風力發電系統，已構建了以引射擴散升力體涵道佈局為基礎，以廣域低溫氣體迴圈技術、光量子風場遙感預測系統、晶振高功率密度直流發電系統為主幹的自主技術體系。

　　各方競逐 尚待開發

　　距地面500米至10000米的高空風能是人類迄今還沒有開發利用的新能源。這是一種儲量豐裕、分佈廣泛的可再生清潔能源。國外環境和氣候科學家的研究報告指出，高空中蘊藏的風能超過人類社會總需能源的100多倍。高空風的特點是風速高、分佈廣、風向穩定、常年不斷，具有很高的能源開發價值。

　　在風能資源豐富的風力發電站區域，地面風力也遠小于高空，地面附近的風力密度低於每平方米1千瓦。而在高空區域，風力密度則可以達到每平方米5至10千瓦，甚至更高。

　　根據風力發電的基本原理，風中的能量與風速的三次方成正比。中國科學院空天資訊創新研究院浮空器高空發電項目負責人宮澤奇解釋説，這意味著，風速增加1倍時，風中的能量增加到8倍，3倍風速則意味著高達27倍的能量。因此，風速快的地方是理想的風力發電場。

　　我國是世界高空風能資源豐富的國家之一，內蒙古、甘肅北部、東南沿海等地區低空風能最富集，而高度在5000米以上時，我國大部分地區的風能密度均超過每平方米1千瓦。採集高空風能可以獲得清潔、低成本以及高穩定性的風電，這使得高空風能的發電效率遠高於地面風電。

　　近年來，隨著材料技術、浮空器技術、輕量化電機系統技術的發展，高空風能發電技術的價值逐步凸顯，為全球能源轉型提供了可持續、可再生的能源解決方案，成為全球能源轉型的關鍵組成部分。

　　事實上，國外早在20世紀70年代出現能源危機時，各類高空風力發電系統的設計就不斷涌現。發達國家對高空風能發電的研究從未停止，美國、法國、德國、荷蘭、義大利等多次進行過高空風能發電試驗。目前，全球有超過50家高空風能發電公司，註冊了數百項專利。

　　宮澤奇説，高空風能的開發方式多樣，按照風能捕獲與機電能量轉化方式的不同，目前，世界上的高空風能發電技術可分為空基高空風力發電、陸基高空風力發電兩種類型。

　　加速從技術突破向實際利用邁進

　　隨著全球對可再生能源需求的日益增長，高空風力發電技術正成為綠色能源領域的一顆新星。清華大學電機係副主任陸超教授認為，中國逐漸具備發展高空風電的“天時、地利、人和”。

　　天時，政策與市場雙重驅動。我國堅定推進碳達峰、碳中和，高空風能發電技術迎來了前所未有的發展機遇。出臺《“十四五”可再生能源發展規劃》《能源技術革命創新行動計劃(2016-2030年)》等系列政策，將高空風力發電技術寫入國家重點研發計劃指南，為高空風力發電行業提供了明確、廣闊的市場前景。此外，能源央企紛紛成立包括高空風能開發的新能源業務板塊，高空風電市場漸熱。

　　地利，豐富的高空風能資源。中國獨特的高空風能資源為高空發電技術發展提供了天然的地理優勢。有國際權威氣候監測數據顯示，高空風能最佳地點就包括中國所在的亞洲東海岸。數據顯示，最先進的地面風力發電站的風力密度低於每平方米1千瓦，而中國陸地上空萬米高空處大部分地區的風力密度均值逾每平方米5千瓦。其中，江浙魯地區上空的高空急流附近的風力密度甚至可達每平方米30千瓦。中國的高空風能條件尤其好，風力強且分佈廣，大部分地區都具有適合發展高空風電的氣候條件。

　　人和，技術突破與人才優勢。據了解，中國企業在陸基和空基兩種技術路線的成功探索，使得中國在高空風能顛覆式技術方面躋身世界前列。在此過程中培養而成的一批專業的技術和管理人才，也將為中國高空風能發電技術的發展、應用提供穩固、持續的智力支援。

　　陸超建議，通過政策支援、市場準入、國際合作、加快示範項目建設等，充分利用天時地利人和的優勢，加速高空風能早日從技術突破向實際利用邁進，實現商業化和規模化發展。