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記者從中國能建集團獲悉，我國首個高空風能國家重點研發(fā)計劃核心裝備——世界最大的5000平方米高空風力發(fā)電捕風傘日前在內蒙古阿拉善左旗試驗場成功開傘。其完成全部預定試驗內容后成功實現(xiàn)空中收傘，這標志著我國高空風力發(fā)電技術在工程化應用方面邁出堅實一步。

高空風力發(fā)電的原理是什么？具有哪些優(yōu)勢？適合應用在哪些場景？中國能建集團相關專家對此進行了深入解讀。

捕獲300米以上高空風能

“高空風力發(fā)電，是利用自主系留升空的空中組件捕獲300米以上高空風能，從而實現(xiàn)風能—電能轉換的新能源技術?！敝袊芙瘓F所屬中國電力工程顧問集團有限公司副總經(jīng)理張力介紹，為捕獲高空風能，國內外主要有兩種技術路線：空基高空風力發(fā)電與陸基高空風力發(fā)電，兩者的核心區(qū)別在于發(fā)電機的位置。

此次中國能建開展的高空風力發(fā)電試驗，屬于傘梯式陸基高空風力發(fā)電，包含“空中捕能—纜繩傳能—地面發(fā)電”三級能量傳遞路徑。

“空中傘梯系統(tǒng)由氦氣球提供初始升力，并采用做功傘捕獲風能，平衡傘維持系統(tǒng)穩(wěn)定，通過纜繩將機械能傳遞至地面?！睆埩忉屨f，其中，纜繩采用超高分子聚乙烯材料，可承受百噸級拉力。

地面發(fā)電系統(tǒng)則通過雙機組協(xié)同的卷揚設備，將纜繩直線運動轉為旋轉動力，配合萬向滑輪架適應風向變化，實現(xiàn)機械能發(fā)電，并使單機功率達到兆瓦級。

值得一提的是，此次試驗中用于捕獲風能的高空風力發(fā)電做功傘是全球最大的高空風能捕獲結構。項目團隊通過氣動優(yōu)化提升了做功傘捕風效率，通過傘型設計拓展了開傘尺寸極限。

突破傳統(tǒng)風電面臨的瓶頸

“在全球能源轉型浪潮的推動下，風電裝機規(guī)模保持著持續(xù)高速增長的態(tài)勢。然而，傳統(tǒng)陸上風電與海上風電正面臨兩大愈發(fā)突出的瓶頸。”張力談道。

他分析，近地風資源的開發(fā)空間受到限制，可獲取的高質量風場日益稀缺；更為關鍵的是，風力具有較強的間歇性與較大的波動性，這對電網(wǎng)的穩(wěn)定性帶來挑戰(zhàn)。這些發(fā)展瓶頸不僅限制了風能潛力的充分釋放，而且難以滿足新型電力系統(tǒng)對于高度穩(wěn)定性和強大調峰能力的核心需求。

在張力看來，突破傳統(tǒng)風電瓶頸的戰(zhàn)略機遇，潛藏于近地空間之上——即距離地面300米至10000米的高空。

“科學研究表明，這一區(qū)域蘊藏著極為豐富且未充分利用的風能資源，其理論儲量可達全球電力總消費需求的100倍以上。”張力介紹，相比于近地風能，高空風能具備顯著優(yōu)勢：能量密度成倍提升、風向風速顯著穩(wěn)定、全球性廣泛分布。這些特性為應對新型電力系統(tǒng)穩(wěn)定性和調峰需求提供了潛在有效的解決方案。

拓寬風能全方位利用新場景

2024年初，中國能建集團投資建設的我國首個高空風能發(fā)電工程化試驗項目——安徽績溪高空風能發(fā)電新技術示范項目成功發(fā)電。該項目采用傘梯式陸基高空風力發(fā)電技術路線，總裝機容量達兆瓦級，能夠利用300—3000米高空風能進行發(fā)電，是我國高空風能發(fā)電技術的首次工程化實踐。

“在諸多高空風電解決方案里，傘梯式陸基技術路線呈現(xiàn)出顯著的商業(yè)化潛力與應用靈活性?！睆埩榻B，傘梯式陸基高空風力發(fā)電技術具備功率輸出大、配置靈活、高度模塊化設計等特點，可支持車載式、分布式、集中式等多種靈活的部署方案。

他舉例說，傘梯式陸基高空風力發(fā)電技術可部署在內蒙古、青海等風資源富集區(qū)，與風光基地協(xié)同構建三維立體能源矩陣；可面向離網(wǎng)供電孤島，為遠海哨所、高原科考站等提供全天候清潔電力；可應用于城市應急支援，作為車載系統(tǒng)隨時響應自然災害、電網(wǎng)故障等突發(fā)需求。此外，還能夠與火電、光伏等發(fā)電場景形成有效互補，增強多能源系統(tǒng)的整體韌性。

“傘梯式陸基高空風力發(fā)電技術將拓寬風能資源全方位利用新場景。”張力表示。

（中國能建集團供圖）