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        用高空的風(fēng)“點(diǎn)亮”千家萬(wàn)戶的燈

        發(fā)布時(shí)間:2024-02-06 17:04:00來(lái)源: 科技日?qǐng)?bào)

          年發(fā)電時(shí)間超6500小時(shí),發(fā)電成本僅為陸上風(fēng)電的1/3

          用高空的風(fēng)“點(diǎn)亮”千家萬(wàn)戶的燈

          ◎本報(bào)記者 劉園園

          說(shuō)起風(fēng)能發(fā)電,很多人會(huì)想起地面上一個(gè)個(gè)白色的“大風(fēng)車(chē)”。它們利用的是低空風(fēng)能。其實(shí),高空風(fēng)能也能發(fā)電,只不過(guò)它借助的不是“大風(fēng)車(chē)”,而是“風(fēng)箏”。

          日前,由中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)中國(guó)能建集團(tuán))參與投資、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)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。該項(xiàng)目總裝機(jī)容量2×2.4兆瓦,能夠利用500—3000米的高空風(fēng)能發(fā)電,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)進(jìn)步及其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展具有重要意義。那么,為何要利用高空風(fēng)能發(fā)電?高空風(fēng)能發(fā)電有哪些技術(shù)路線?

          儲(chǔ)量遠(yuǎn)超人類(lèi)社會(huì)能源需求

          “目前風(fēng)能的利用仍以包括陸上風(fēng)能在內(nèi)的低空風(fēng)能為主,機(jī)組離地高度一般不超過(guò)200米。受季節(jié)、氣候、地表環(huán)境的影響,風(fēng)能資源往往存在分布不均、風(fēng)力不穩(wěn)定等問(wèn)題?!敝袊?guó)能建集團(tuán)安徽省電力設(shè)計(jì)院有限公司工程師梅雷說(shuō),“如何獲得穩(wěn)定的風(fēng)能?探索高空風(fēng)能發(fā)電是行之有效的解決方案之一?!?/p>

          “高空風(fēng)能是一種儲(chǔ)量豐裕、分布廣泛的可再生清潔能源?!敝袊?guó)能建集團(tuán)相關(guān)技術(shù)負(fù)責(zé)人介紹,“相比于海上風(fēng)能和陸上風(fēng)能,高空風(fēng)能具有功率密度大、風(fēng)向平穩(wěn)等優(yōu)勢(shì),開(kāi)發(fā)利用潛力巨大?!?/p>

          隨著與地面距離的增加,風(fēng)受到的地面摩擦將逐漸減小,速度將逐漸加大。風(fēng)能與風(fēng)速的立方成正比。因此,即便高空中空氣密度有所降低,其蘊(yùn)含的風(fēng)能仍比地面大許多倍。高空中蘊(yùn)含的風(fēng)能,超過(guò)目前人類(lèi)社會(huì)能源總需求的100多倍。

          高空風(fēng)能發(fā)電前景廣闊,有望在全球能源轉(zhuǎn)型中發(fā)揮重要作用。通過(guò)利用高海拔地區(qū)持續(xù)不斷的強(qiáng)風(fēng),高空風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)可以提供比陸上風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)更可靠、更具成本優(yōu)勢(shì)的電力來(lái)源。資料顯示,高空風(fēng)能發(fā)電的理論發(fā)電時(shí)間可以超過(guò)95%,年發(fā)電時(shí)間可達(dá)6500小時(shí)以上。高空風(fēng)能發(fā)電投資成本約為陸上風(fēng)電的1/3—1/2,發(fā)電成本約為1/3,而占地面積僅為1/30,并且噪音較小。隨著研究工作的不斷推進(jìn),高空風(fēng)能或?qū)⒊蔀槲磥?lái)清潔能源的重要組成部分。

          高空風(fēng)能發(fā)電有兩種技術(shù)路線

          作為充分利用高空風(fēng)資源的創(chuàng)新型技術(shù),高空風(fēng)能發(fā)電采用獨(dú)有的設(shè)備組合完成對(duì)高空風(fēng)能的捕獲。隨后,設(shè)備將捕獲的風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能,帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組旋轉(zhuǎn)進(jìn)行發(fā)電。

          梅雷介紹,高空風(fēng)能發(fā)電技術(shù)主要包括空基高空風(fēng)力發(fā)電和陸基高空風(fēng)力發(fā)電兩種技術(shù)路線。其中,空基高空風(fēng)力發(fā)電是把輕型風(fēng)力發(fā)電機(jī)搭載在飛行器上,放飛到高空中。然后,通過(guò)特定的操作方式,使飛行器在風(fēng)和纜繩的共同作用下,沿一定的軌跡循環(huán)飛行。飛行過(guò)程中,氣流帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電,再通過(guò)纜繩把電能傳送回地面。

          而陸基高空風(fēng)力發(fā)電則是把飛行器系在纜繩上,像“風(fēng)箏”一樣放飛到高空。飛行器在風(fēng)力作用下帶動(dòng)纜繩,纜繩牽引地面發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn),進(jìn)而產(chǎn)生電能。

          記者了解到,安徽績(jī)溪高空風(fēng)能發(fā)電新技術(shù)示范項(xiàng)目采用的是傘梯組合型陸基高空風(fēng)能發(fā)電技術(shù)路線。傘梯組合型陸基高空風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)主要由空中設(shè)備及地面設(shè)備構(gòu)成??罩性O(shè)備由氦氣球、平衡傘、做功傘、纜繩、驅(qū)動(dòng)器空地通訊系統(tǒng)等部分組成。地面設(shè)備主要由儲(chǔ)纜容繩絞車(chē)張緊裝置、主卷?yè)P(yáng)機(jī)以及控制系統(tǒng)等部分組成。運(yùn)轉(zhuǎn)中的絞車(chē)?yán)K速高達(dá)每小時(shí)50—60千米,與行駛中的汽車(chē)速度接近。

          “傘組通過(guò)氦氣球提供初始升力。傘組上升到一定高度后,打開(kāi)做功傘,即可在500米以上的高空捕獲風(fēng)能?!泵防捉榻B,在此過(guò)程中,主纜繩受到巨大拉力,帶動(dòng)地面卷?yè)P(yáng)機(jī)、齒輪箱轉(zhuǎn)動(dòng),將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。最后,地面發(fā)電設(shè)備將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能,實(shí)現(xiàn)發(fā)電。

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          我國(guó)高空風(fēng)能發(fā)電頗具潛力

          記者了解到,我國(guó)高空風(fēng)能發(fā)電環(huán)境良好。中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)安徽省電力設(shè)計(jì)院有限公司工程師梅雷說(shuō),我國(guó)6000米高空的風(fēng)能密度均值是地表風(fēng)能密度20倍以上。

          對(duì)此,我國(guó)企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始行動(dòng)。中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)相關(guān)人士表示,公司已經(jīng)成功申報(bào)獲批“新型高空風(fēng)力發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)及裝備”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目,未來(lái)將繼續(xù)開(kāi)展高空風(fēng)能發(fā)電技術(shù)的研究和試驗(yàn),進(jìn)一步推進(jìn)高空風(fēng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。2023年,由中國(guó)電力工程有限公司牽頭、中路股份有限公司聯(lián)合申報(bào)的國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“大型傘梯式陸基高空風(fēng)力發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)及裝備”也成功獲批。

          中路股份有限公司新能源事業(yè)部技術(shù)工程部總監(jiān)張?jiān)酱饲敖邮懿稍L時(shí)認(rèn)為,為推動(dòng)高空風(fēng)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展,應(yīng)進(jìn)一步開(kāi)展高空風(fēng)能發(fā)電的規(guī)?;瘧?yīng)用?!半S著高空風(fēng)電技術(shù)的成熟,可以逐步實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用,建設(shè)更大容量的高空風(fēng)電項(xiàng)目,提高整體發(fā)電能力。未來(lái),高空風(fēng)電還可以與其他能源形式進(jìn)行融合,例如與太陽(yáng)能光伏發(fā)電、儲(chǔ)能技術(shù)等結(jié)合,形成多能源互補(bǔ)的綜合能源系統(tǒng)?!睆?jiān)秸f(shuō)。(科技日?qǐng)?bào))

        (責(zé)編:陳濛濛)

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