能发电的“风筝”飞起来了

本文转自：经济日报

我国首个可并网的兆瓦级高空风能发电示范项目，采用的是陆基伞梯组合型高空风能发电技术。目前看来，伞梯式高空风力发电技术路线可推广性强、大型化成本低，可实现安全、可靠、稳定的商业化应用，有助于新型电力系统构建。未来，利用清洁的高空风资源可带动高空风电产业链发展。

风力发电有了新突破。近日，由中国能建参与投资的安徽绩溪高空风能发电新技术示范项目成功发电，成为我国首个可并网的兆瓦级高空风能发电示范项目。这是我国高空风能发电技术的首次工程化实践，对推动高空风能发电技术和产业化发展具有重要意义。

高空风能发电技术是通过捕获高空风资源进行发电的创新技术。与我们常见的“大风车”叶片转动发电不同，高空风力发电类似于放风筝，即用一根根长的绳子放一只巨大的“风筝”，并用它生产能量，这个大风筝就是高空风力发电机，牵引这只大风筝的绳子可达数百米甚至数千米长。目前这种发电机的设计构想主要有两种类型：一是空基高空风力发电，即发电机悬于空中，空中飞行，空中发电。二是陆基高空风力发电，即发电机置于地上，空中飞行，地面发电。

既然传统的三叶风力发电机已经很成熟，为何还要发展高空风能发电技术？新型风力发电模式的探索，可进一步打开风能发展空间。根据风力发电的基本原理，风中的能量与风速的三次方成正比。这意味着，风速增加1倍时，风中的能量增加到8倍，3倍风速则意味着高达27倍的能量。因此，风速快的地方是理想的风力发电场。

高空风的一大特点就是风速快，随着与地面距离的增加，以及地面摩擦的减少，高空风速将逐渐加大。即使高空中空气密度有所降低，但其蕴含的能量仍比地面大许多倍。就算在风能资源最丰富的风力发电场区域，地面风力也远小于高空。相关研究表明，高空风有可能产生比传统风力涡轮机多100倍的能量。

与此同时，高空风持续时间长且风力稳定。机组总发电量与发电利用小时数密切相关，能发电的时间越长，发的电就越多。有资料显示，在500米至10000米的高度范围，风的流向稳定，且高度越高、风的强度越大，稳定性就会越好；当靠近地面时，受地形等影响，风具有很强的随机性，强度也显著下降。在高空，理论年发电时间可高达6500小时以上，这个数字远超我国火电机组年平均利用小时数。

基于以上两点，人类一直渴望突破高空风能发电技术。此前，科技巨头谷歌曾短暂参与过高空风能项目研发，并投入了大量资金，但由于该技术成本高昂，且部分技术环节欠成熟，尚无法与传统风力发电技术竞争，最后不得不暂停项目。

我国关于高空风力发电技术的研究起步较晚，此次投运的项目采用的是陆基伞梯组合型高空风能发电技术。目前看来，伞梯式高空风力发电技术路线可推广性强、大型化成本低，可实现安全、可靠、稳定的商业化应用，有助于新型电力系统构建。同时，伞梯式高空风力发电技术装备占地面积小，环境友好，未来利用清洁的高空风资源即可实现发电自运行，能够推动高原、海岛、边防、无人区等地区能源发展，从而带动高空风电产业链发展。实现千米级高空风能的高效捕获与利用，无疑对加快推动我国能源革命具有重大意义。

能源绿色低碳转型的本质，是从资源依赖走向技术依赖的过程。绝大多数可再生能源都必须应对能量密度低的核心问题，这意味着我们需要不断进行科技创新，以提高能量转换效率，增强与化石能源竞争的经济性。我国新能源跨越式发展领跑全球，靠的就是不知疲倦的技术进步。在光伏领域，过去一年隧穿氧化层钝化接触电池、异质结电池、背接触式电池等技术加速产业化，钙钛矿、叠层等新型电池转化效率屡创新高，光伏技术水平已全球领先。风电领域，16兆瓦海上风电机组已并网发电，20兆瓦机型已下线，我国在大容量机组方面赶超国际先进水平。

即便如此，能源行业整体科技水平仍不足以支撑大规模能源转型的需求，可再生能源利用还存在很多空白地带。特别是碳中和目标提出后，更需要基础理论创新、核心技术创新、重大装备创新、关键制度创新，要结合我国基本国情能情，寻求颠覆性的技术突破。期待更多的电力“风筝”，将我国乃至全人类的清洁能源利用水平推向新高度。