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高空风电技术全球赛跑 中国领先
发布时间：2015-05-29     来源： 新浪专栏
本文摘要：过去两年时间，在美国、欧洲涌现了一批研发高空风电技术的公司，撇开成立时间较早的MakaniPower、KiteGen不谈，新近涌现的公司有三四十家之多，经粗略统计，高空风能发电公司全球已经有50家。
 
　　广东高空风能技术有限公司采取“风筝式”技术路线，但系统设计与KiteGen等公司有明显差异。
 
　　1、高空风能利用方式舍弃巨型“风筝”，改为伞形结构，降落伞的圆形对称结构有利于提高系统稳定性。利用高空风能做上下运动，产生的机械能拉动地面发电机转化为电能。空中系统只需要改变高度即可，空中控制系统存在自稳定特点，容易控制飞行姿态。系统做功过程只是上下运动，不会有“乱跑”的问题。
 
　　简单说，广东高空风能系统是通过降落伞的上下循环往复运动实现发电。“当伞张开的时候，在风的作用下往上升，升上去的时候做功，到了一定高度的时候，伞就会收掉。整个过程由伞上的控制器决定。比如我们设定3000米，他到3000米的时候就收掉，下滑到300米的时候伞就打开，上升过程中就会发电。”张建军介绍。
 
　　目前，全球高空风电试验项目多集中在300米至500米的空域，如谷歌MakaniPower的风筝发电机可以上升到80-350米的高度，新近准备放飞的发电机可以飞到450米高空。而广东高空风电系统可以上升到数千米以上的高空。
 
　　2、采用伞梯组合形式，机组主要由两部分组成：空中系统和地面系统。空中系统由多个做功伞、若干平衡伞外加飘空气球组成；地面系统主要是由发电机、卷扬机(滚筒和反向转动电机)和万向滑轮组成；伞之间、做功伞与卷扬机之间是通过轻质高强度缆绳连接。
 
　　风电系统的发电量由当天的风速决定。理论上看，在空中系统的捕获面积(风筝的大小)一定的情况下，风速越高，功率越大，反之亦然。这在客观上导致了风电系统功率时大时小，给电网带来了较大压力。
 
　　而伞梯组合的特点是能在任意风力环境下实现稳定功率发电。当风力较低时，空中控制系统在上升阶段将打开全部的做功伞。风力较大时，则只有部分做功伞被打开，从而实现任何风力环境下的稳定功率输出。伞梯组合的形式实现了高空风电系统从“能发电”到“稳定功率发电”的突破。
 
　　此外，伞梯组合受风面积大：广东高空风电系统利用多个巨型降落伞收集风能，受风面积大，KiteGen的风筝式收集风能方式兜风面积较小，MakaniPower以涡轮叶片顶端(类似于直升机螺旋桨)的风能收集方式兜风面积更小。
 
　　广东高空风能过去五年来要解决的最大难题就是伞体控制的问题。伞梯组合型发电系统的难点在于如何实现巨型降落伞的自由开合。“到目前为止，很多人都不相信我们这么大的伞可以在空中实现自由开合，我们一个伞是几百平米甚至上千平米的面积，很多人认为你开了就合不上，合上了就打不开。
 
　　所以在空中巨大升力的情况下，如何灵活控制伞的开合是一个难题。”张建军说，控制器是该公司的核心技术。目前控制器相关的技术已经申请计算机软件著作权并获得授权，设备已成功运行。
 
　　3、系统可模块化和规模化复制：伞梯组合功率扩容相对“风筝式”更加容易，只需要增加每组伞梯组合中的做功伞数量就可以提高发电功率，同时可以采取四组到十几组伞梯系统同时牵引地面机组的配置，规模复制能力强。而谷歌MakaniPower的“风筝式”风电系统为提高发电功率，需要进一步增加风力涡轮机的机翼面积以安装更多的螺旋桨，他们从翼长8.5米到今年增加至25.6米，耗时三年时间。
 
　　通过以上一系列革命性的设计，伞梯系统具有以下一些优点：
 
　　张建军称，从近年来的多次实验获得的数据测算，公司高空风电技术商业化之后度电成本有继续下降的潜力，可以达到远低于0.3元的水平，芜湖新厂建设好之后，为进一步保证系统的稳定性，公司将自主生产控制器、降落伞等关键设备。
 
　　此外，在空域方面，项目所在地的空域已经多次获得军方批准的使用权，未来将根据项目的运行稳定程度进一步延长时限。低空空域管理改革自去年以来，有加速迹象，1000米以下低空空域飞行有望全面放开，制约高空风电发展的因素将进一步消除。
 
　　风筝是我国一项古老的发明，春秋时期，鲁班制木鸢以窥宋城，以科技颠覆了力量的格局。在当代中国科技人手里，这一古老的发明又能否另一次改变世界能源格局呢？中国高空能源展翅高飞还需要相关部门在空域管理、并网发电及后期的产业化方面给予更多的政策支持和鼓励，让中国的技术优势真正引领世界。稳定性高于普通风能，高空风电的度电成本不仅秒杀普通风电，甚至可以超过火电，广东高空风能的度电成本低于0.3元。
 
　　2、地面系统集中，高空风能占地面积远小于其他新能源技术。以100兆瓦发电能力为例，高空风电、海上传统风电、陆上传统风电、太阳能发电占地面积分别为100亩、320亩、350亩、4000亩。
 
　　3、无需远距离输电：当高度上升到500米后，中国绝大部分区域的风能具备商业开发价值，因此，高空风电基本不受地域限制。高空风能资源条件优异的地方同时也是经济发达的地方。
 
　　目前，MakaniPower最新的风电系统发电功率为600千瓦(0.6MW)，Altaerosenergies公司研发的高空风电系统“空中浮动涡轮”(BAT)发电功率为100千瓦(0.1MW)，更适宜于为偏远地区提供工作生活用电，难以建设大型集中电站。
 
　　广东高空风能的商业化则走在了所有高空风电公司前面，车载式高空风能发电系统已完成开发并实现了长时间复杂天气状况下的发电。位于芜湖的首个地面型电站—2.5兆瓦试验电站(400MW项目的前期试验机组)项目目前厂房建设、设备安装基本完成，400MW的电站项目规划也将浮出水面。


 
关键词：风电技术 高空风电

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