我國首個可并網(wǎng)的兆瓦級高空風能發(fā)電示范項目，采用的是陸基傘梯組合型高空風能發(fā)電技術(shù)。目前看來，傘梯式高空風力發(fā)電技術(shù)路線可推廣性強、大型化成本低，可實現(xiàn)安全、可靠、穩(wěn)定的商業(yè)化應(yīng)用，有助于新型電力系統(tǒng)構(gòu)建。未來，利用清潔的高空風資源可帶動高空風電產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。
風力發(fā)電有了新突破。近日，由中國能建參與投資的安徽績溪高空風能發(fā)電新技術(shù)示范項目成功發(fā)電，成為我國首個可并網(wǎng)的兆瓦級高空風能發(fā)電示范項目。這是我國高空風能發(fā)電技術(shù)的首次工程化實踐，對推動高空風能發(fā)電技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展具有重要意義。
高空風能發(fā)電技術(shù)是通過捕獲高空風資源進行發(fā)電的創(chuàng)新技術(shù)。與我們常見的“大風車”葉片轉(zhuǎn)動發(fā)電不同，高空風力發(fā)電類似于放風箏，即用一根根長的繩子放一只巨大的“風箏”，并用它生產(chǎn)能量，這個大風箏就是高空風力發(fā)電機，牽引這只大風箏的繩子可達數(shù)百米甚至數(shù)千米長。目前這種發(fā)電機的設(shè)計構(gòu)想主要有兩種類型：一是空基高空風力發(fā)電，即發(fā)電機懸于空中，空中飛行，空中發(fā)電。二是陸基高空風力發(fā)電，即發(fā)電機置于地上，空中飛行，地面發(fā)電。
既然傳統(tǒng)的三葉風力發(fā)電機已經(jīng)很成熟，為何還要發(fā)展高空風能發(fā)電技術(shù)？新型風力發(fā)電模式的探索，可進一步打開風能發(fā)展空間。根據(jù)風力發(fā)電的基本原理，風中的能量與風速的三次方成正比。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(fā)電場。
高空風的一大特點就是風速快，隨著與地面距離的增加，以及地面摩擦的減少，高空風速將逐漸加大。即使高空中空氣密度有所降低，但其蘊含的能量仍比地面大許多倍。就算在風能資源最豐富的風力發(fā)電場區(qū)域，地面風力也遠小于高空。相關(guān)研究表明，高空風有可能產(chǎn)生比傳統(tǒng)風力渦輪機多100倍的能量。
與此同時，高空風持續(xù)時間長且風力穩(wěn)定。機組總發(fā)電量與發(fā)電利用小時數(shù)密切相關(guān)，能發(fā)電的時間越長，發(fā)的電就越多。有資料顯示，在500米至10000米的高度范圍，風的流向穩(wěn)定，且高度越高、風的強度越大，穩(wěn)定性就會越好；當靠近地面時，受地形等影響，風具有很強的隨機性，強度也顯著下降。在高空，理論年發(fā)電時間可高達6500小時以上，這個數(shù)字遠超我國火電機組年平均利用小時數(shù)。
基于以上兩點，人類一直渴望突破高空風能發(fā)電技術(shù)。此前，科技巨頭谷歌曾短暫參與過高空風能項目研發(fā)，并投入了大量資金，但由于該技術(shù)成本高昂，且部分技術(shù)環(huán)節(jié)欠成熟，尚無法與傳統(tǒng)風力發(fā)電技術(shù)競爭，最后不得不暫停項目。
我國關(guān)于高空風力發(fā)電技術(shù)的研究起步較晚，此次投運的項目采用的是陸基傘梯組合型高空風能發(fā)電技術(shù)。目前看來，傘梯式高空風力發(fā)電技術(shù)路線可推廣性強、大型化成本低，可實現(xiàn)安全、可靠、穩(wěn)定的商業(yè)化應(yīng)用，有助于新型電力系統(tǒng)構(gòu)建。同時，傘梯式高空風力發(fā)電技術(shù)裝備占地面積小，環(huán)境友好，未來利用清潔的高空風資源即可實現(xiàn)發(fā)電自運行，能夠推動高原、海島、邊防、無人區(qū)等地區(qū)能源發(fā)展，從而帶動高空風電產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。實現(xiàn)千米級高空風能的高效捕獲與利用，無疑對加快推動我國能源革命具有重大意義。
能源綠色低碳轉(zhuǎn)型的本質(zhì)，是從資源依賴走向技術(shù)依賴的過程。絕大多數(shù)可再生能源都必須應(yīng)對能量密度低的核心問題，這意味著我們需要不斷進行科技創(chuàng)新，以提高能量轉(zhuǎn)換效率，增強與化石能源競爭的經(jīng)濟性。我國新能源跨越式發(fā)展領(lǐng)跑全球，靠的就是不知疲倦的技術(shù)進步。在光伏領(lǐng)域，過去一年隧穿氧化層鈍化接觸電池、異質(zhì)結(jié)電池、背接觸式電池等技術(shù)加速產(chǎn)業(yè)化，鈣鈦礦、疊層等新型電池轉(zhuǎn)化效率屢創(chuàng)新高，光伏技術(shù)水平已全球領(lǐng)先。風電領(lǐng)域，16兆瓦海上風電機組已并網(wǎng)發(fā)電，20兆瓦機型已下線，我國在大容量機組方面趕超國際先進水平。
即便如此，能源行業(yè)整體科技水平仍不足以支撐大規(guī)模能源轉(zhuǎn)型的需求，可再生能源利用還存在很多空白地帶。特別是碳中和目標提出后，更需要基礎(chǔ)理論創(chuàng)新、核心技術(shù)創(chuàng)新、重大裝備創(chuàng)新、關(guān)鍵制度創(chuàng)新，要結(jié)合我國基本國情能情，尋求顛覆性的技術(shù)突破。期待更多的電力“風箏”，將我國乃至全人類的清潔能源利用水平推向新高度。 （作者：王軼辰 來源：經(jīng)濟日報）
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