風(fēng)力發(fā)電有了新突破。近日，由中國(guó)能建參與投資的安徽績(jī)溪高空風(fēng)能發(fā)電新技術(shù)示范項(xiàng)目成功發(fā)電，成為我國(guó)首個(gè)可并網(wǎng)的兆瓦級(jí)高空風(fēng)能發(fā)電示范項(xiàng)目。這是我國(guó)高空風(fēng)能發(fā)電技術(shù)的首次工程化實(shí)踐，對(duì)推動(dòng)高空風(fēng)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(fēng)能發(fā)電技術(shù)是通過捕獲高空風(fēng)資源進(jìn)行發(fā)電的創(chuàng)新技術(shù)。與我們常見的“大風(fēng)車”葉片轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電不同，高空風(fēng)力發(fā)電類似于放風(fēng)箏，即用一根根長(zhǎng)的繩子放一只巨大的“風(fēng)箏”，并用它生產(chǎn)能量，這個(gè)大風(fēng)箏就是高空風(fēng)力發(fā)電機(jī)，牽引這只大風(fēng)箏的繩子可達(dá)數(shù)百米甚至數(shù)千米長(zhǎng)。目前這種發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)構(gòu)想主要有兩種類型：一是空基高空風(fēng)力發(fā)電，即發(fā)電機(jī)懸于空中，空中飛行，空中發(fā)電。二是陸基高空風(fēng)力發(fā)電，即發(fā)電機(jī)置于地上，空中飛行，地面發(fā)電。
既然傳統(tǒng)的三葉風(fēng)力發(fā)電機(jī)已經(jīng)很成熟，為何還要發(fā)展高空風(fēng)能發(fā)電技術(shù)？新型風(fēng)力發(fā)電模式的探索，可進(jìn)一步打開風(fēng)能發(fā)展空間。根據(jù)風(fēng)力發(fā)電的基本原理，風(fēng)中的能量與風(fēng)速的三次方成正比。這意味著，風(fēng)速增加1倍時(shí)，風(fēng)中的能量增加到8倍，3倍風(fēng)速則意味著高達(dá)27倍的能量。因此，風(fēng)速快的地方是理想的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)。
高空風(fēng)的一大特點(diǎn)就是風(fēng)速快，隨著與地面距離的增加，以及地面摩擦的減少，高空風(fēng)速將逐漸加大。即使高空中空氣密度有所降低，但其蘊(yùn)含的能量仍比地面大許多倍。就算在風(fēng)能資源最豐富的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)區(qū)域，地面風(fēng)力也遠(yuǎn)小于高空。相關(guān)研究表明，高空風(fēng)有可能產(chǎn)生比傳統(tǒng)風(fēng)力渦輪機(jī)多100倍的能量。
與此同時(shí)，高空風(fēng)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)且風(fēng)力穩(wěn)定。機(jī)組總發(fā)電量與發(fā)電利用小時(shí)數(shù)密切相關(guān)，能發(fā)電的時(shí)間越長(zhǎng)，發(fā)的電就越多。有資料顯示，在500米至10000米的高度范圍，風(fēng)的流向穩(wěn)定，且高度越高、風(fēng)的強(qiáng)度越大，穩(wěn)定性就會(huì)越好；當(dāng)靠近地面時(shí)，受地形等影響，風(fēng)具有很強(qiáng)的隨機(jī)性，強(qiáng)度也顯著下降。在高空，理論年發(fā)電時(shí)間可高達(dá)6500小時(shí)以上，這個(gè)數(shù)字遠(yuǎn)超我國(guó)火電機(jī)組年平均利用小時(shí)數(shù)。
基于以上兩點(diǎn)，人類一直渴望突破高空風(fēng)能發(fā)電技術(shù)。此前，科技巨頭谷歌曾短暫參與過高空風(fēng)能項(xiàng)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(wú)法與傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)，最后不得不暫停項(xiàng)目。
我國(guó)關(guān)于高空風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研究起步較晚，此次投運(yùn)的項(xiàng)目采用的是陸基傘梯組合型高空風(fēng)能發(fā)電技術(shù)。目前看來，傘梯式高空風(fēng)力發(fā)電技術(shù)路線可推廣性強(qiáng)、大型化成本低，可實(shí)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(shí)，傘梯式高空風(fēng)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(fēng)資源即可實(shí)現(xiàn)發(fā)電自運(yùn)行，能夠推動(dòng)高原、海島、邊防、無(wú)人區(qū)等地區(qū)能源發(fā)展，從而帶動(dòng)高空風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。實(shí)現(xiàn)千米級(jí)高空風(fēng)能的高效捕獲與利用，無(wú)疑對(duì)加快推動(dòng)我國(guó)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(duì)能量密度低的核心問題，這意味著我們需要不斷進(jìn)行科技創(chuàng)新，以提高能量轉(zhuǎn)換效率，增強(qiáng)與化石能源競(jìng)爭(zhēng)的經(jīng)濟(jì)性。我國(guó)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(jìn)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(fēng)電領(lǐng)域，16兆瓦海上風(fēng)電機(jī)組已并網(wǎng)發(fā)電，20兆瓦機(jī)型已下線，我國(guó)在大容量機(jī)組方面趕超國(guó)際先進(jìn)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(biāo)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(guó)基本國(guó)情能情，尋求顛覆性的技術(shù)突破。期待更多的電力“風(fēng)箏”，將我國(guó)乃至全人類的清潔能源利用水平推向新高度。
