高空风能：前景可期的绿能场?

　　近期，我国自主研制的浮空风力发电系统成功升空发电，引发业内关注。高空风能作为新能源领域的重要组成部分，因其清洁、可再生、能量密度大、可利用小时数高等优势，被认为是前景可期的绿色能源。采集高空风能可以获得清洁、低成本、高稳定性的风电，对其的开发和利用或对全球能源的绿色转型和可持续发展产生深远影响。

　　我国是世界高空风能资源最丰富的国家之一，相关技术发展如何?距离应用阶段还有多远?如何谋篇布局，为能源结构的绿色转型提供新动力?记者带着这些问题对相关企业和专家进行调研和采访，了解我国在高空风能领域的探索与实践。

　　自主研制 成功升空发电

　　10月10日，具有完全自主知识产权的S500型涵道式浮空风力发电系统，在湖北荆门漳河机场试验区域轻盈放飞升空，顺利达到500米高度并成功发电。

　　据介绍，涵道式浮空风力发电系统，是利用充氦浮空器将轻量化的发电机组运升至设定高度，利用涵道引射扩散原理，通过系缆将电能传输至地面的技术及装备系统。整个系统由浮空平台、发电模块、电力传输和系留线缆组成。此前297米的升空高度和30千瓦的发电功率，长期由国外研究团队保持。

　　北京临一云川能源技术有限公司联合清华大学、中科院空天院等多家科研机构协同创新。研发团队已经完成了初始验证样机、工艺验证样机、万米浮空样机和原理测试样机，形成了应急抢险型号(S500)与发电高度不超过3000米的初级电网型号两大产品系列。

　　“S500型涵道式浮空风力发电系统是为应急救援、智能测绘、城市安保等低空经济应用场景研制的产品系列。当地震、洪灾发生后，它能迅速升空，帮助保障现场供电、通讯畅通等，并将前方实时画面传回指挥中心。”北京临一云川能源技术有限公司首席技术官翁翰钶介绍，直径15米、长度23米的S500顺利升空至500米高度，载荷量、升阻比、风能利用率达标，迎风姿态稳定，发电功率保持在50千瓦以上。后续还将测试1000米高度及100千瓦发电功率。

　　北京临一云川能源技术有限公司创始人兼CEO顿天瑞说，S500型涵道式浮空风力发电系统，已构建了以引射扩散升力体涵道布局为基础，以广域低温气体循环技术、光量子风场遥感预测系统、晶振高功率密度直流发电系统为主干的自主技术体系。

　　各方竞逐 尚待开发

　　距地面500米至10000米的高空风能是人类迄今还没有开发利用的新能源。这是一种储量丰裕、分布广泛的可再生清洁能源。国外环境和气候科学家的研究报告指出，高空中蕴藏的风能超过人类社会总需能源的100多倍。高空风的特点是风速高、分布广、风向稳定、常年不断，具有很高的能源开发价值。

　　在风能资源丰富的风力发电站区域，地面风力也远小于高空，地面附近的风力密度低于每平方米1千瓦。而在高空区域，风力密度则可以达到每平方米5至10千瓦，甚至更高。

　　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。中国科学院空天信息创新研究院浮空器高空发电项目负责人宫泽奇解释说，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。

　　我国是世界高空风能资源丰富的国家之一，内蒙古、甘肃北部、东南沿海等地区低空风能最富集，而高度在5000米以上时，我国大部分地区的风能密度均超过每平方米1千瓦。采集高空风能可以获得清洁、低成本以及高稳定性的风电，这使得高空风能的发电效率远高于地面风电。

　　近年来，随着材料技术、浮空器技术、轻量化电机系统技术的发展，高空风能发电技术的价值逐步凸显，为全球能源转型提供了可持续、可再生的能源解决方案，成为全球能源转型的关键组成部分。

　　事实上，国外早在20世纪70年代出现能源危机时，各类高空风力发电系统的设计就不断涌现。发达国家对高空风能发电的研究从未停止，美国、法国、德国、荷兰、意大利等多次进行过高空风能发电试验。目前，全球有超过50家高空风能发电公司，注册了数百项专利。

　　宫泽奇说，高空风能的开发方式多样，按照风能捕获与机电能量转化方式的不同，目前，世界上的高空风能发电技术可分为空基高空风力发电、陆基高空风力发电两种类型。

　　加速从技术突破向实际利用迈进

　　随着全球对可再生能源需求的日益增长，高空风力发电技术正成为绿色能源领域的一颗新星。清华大学电机系副主任陆超教授认为，中国逐渐具备发展高空风电的“天时、地利、人和”。

　　天时，政策与市场双重驱动。我国坚定推进碳达峰、碳中和，高空风能发电技术迎来了前所未有的发展机遇。出台《“十四五”可再生能源发展规划》《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》等系列政策，将高空风力发电技术写入国家重点研发计划指南，为高空风力发电行业提供了明确、广阔的市场前景。此外，能源央企纷纷成立包括高空风能开发的新能源业务板块，高空风电市场渐热。

　　地利，丰富的高空风能资源。中国独特的高空风能资源为高空发电技术发展提供了天然的地理优势。有国际权威气候监测数据显示，高空风能最佳地点就包括中国所在的亚洲东海岸。数据显示，最先进的地面风力发电站的风力密度低于每平方米1千瓦，而中国陆地上空万米高空处大部分地区的风力密度均值逾每平方米5千瓦。其中，江浙鲁地区上空的高空急流附近的风力密度甚至可达每平方米30千瓦。中国的高空风能条件尤其好，风力强且分布广，大部分地区都具有适合发展高空风电的气候条件。

　　人和，技术突破与人才优势。据了解，中国企业在陆基和空基两种技术路线的成功探索，使得中国在高空风能颠覆式技术方面跻身世界前列。在此过程中培养而成的一批专业的技术和管理人才，也将为中国高空风能发电技术的发展、应用提供稳固、持续的智力支持。

　　陆超建议，通过政策支持、市场准入、国际合作、加快示范项目建设等，充分利用天时地利人和的优势，加速高空风能早日从技术突破向实际利用迈进，实现商业化和规模化发展。

　　来源：经济参考报记者 闫睿