捕获高空风能，“会飞的电站”来了

来源：科技日报

记者从中国能建集团获悉，我国首个高空风能国家重点研发计划核心装备——世界最大的5000平方米高空风力发电捕风伞日前在内蒙古阿拉善左旗试验场成功开伞。其完成全部预定试验内容后成功实现空中收伞，这标志着我国高空风力发电技术在工程化应用方面迈出坚实一步。

高空风力发电的原理是什么？具有哪些优势？适合应用在哪些场景？中国能建集团相关专家对此进行了深入解读。

捕风结构全球最大

“高空风力发电，是利用自主系留升空的空中组件捕获300米以上高空风能，从而实现风能—电能转换的新能源技术。”中国能建集团所属中国电力工程顾问集团有限公司副总经理张力介绍，为捕获高空风能，国内外主要有两种技术路线：空基高空风力发电与陆基高空风力发电，两者的核心区别在于发电机的位置。

此次中国能建集团开展试验的高空风力发电系统，属于伞梯式陆基高空风力发电，包含“空中捕能—缆绳传能—地面发电”三级能量传递路径，就像放飞在高空的巨型“风筝”。

“空中伞梯系统由氦气球提供初始升力，并采用做功伞捕获风能，平衡伞维持系统稳定，通过缆绳将机械能传递至地面。”张力解释说，其中，缆绳采用超高分子聚乙烯材料，可承受百吨级拉力。

地面发电系统则通过双机组协同的卷扬设备，将缆绳直线运动转为旋转动力，配合万向滑轮架适应风向变化，实现机械能发电，并使单机功率达到兆瓦级。

值得一提的是，此次试验中用于捕获风能的高空风力发电做功伞是全球最大的高空风能捕获结构。项目团队通过气动优化提升了做功伞捕风效率，通过伞型设计拓展了开伞尺寸极限。

突破传统风电瓶颈

“在全球能源转型浪潮的推动下，风电装机规模保持着持续高速增长的态势。然而，传统陆上风电与海上风电正面临两大愈发突出的瓶颈。”张力谈道。

他分析，近地风资源的开发空间受到限制，可获取的高质量风场日益稀缺；更为关键的是，风力具有较强的间歇性与较大的波动性，这对电网的稳定性带来挑战。这些发展瓶颈不仅限制了风能潜力的充分释放，而且难以满足新型电力系统对于高度稳定性和强大调峰能力的核心需求。

在张力看来，突破传统风电瓶颈的战略机遇，潜藏于近地空间之上——即距离地面300米至10000米的高空。

“科学研究表明，这一区域蕴藏着极为丰富且未充分利用的风能资源，其理论储量可达全球电力总消费需求的100倍以上。”张力介绍，相比于近地风能，高空风能具备显著优势：能量密度成倍提升、风向风速显著稳定、全球性广泛分布。这些特性为应对新型电力系统稳定性和调峰需求提供了潜在有效的解决方案。

拓宽风能利用场景

2024年初，中国能建集团投资建设的我国首个高空风能发电工程化试验项目——安徽绩溪高空风能发电新技术示范项目成功发电。该项目采用伞梯式陆基高空风力发电技术路线，总装机容量达兆瓦级，能够利用300—3000米高空风能进行发电，是我国高空风能发电技术的首次工程化实践。

“在诸多高空风电解决方案里，伞梯式陆基技术路线呈现出显著的商业化潜力与应用灵活性。”张力介绍，伞梯式陆基高空风力发电技术具备功率输出大、配置灵活、高度模块化设计等特点，可支持车载式、分布式、集中式等多种灵活的部署方案。

张力举例说，伞梯式陆基高空风力发电技术可部署在内蒙古、青海等风资源富集区，与风光基地协同构建三维立体能源矩阵；可面向离网供电孤岛，为远海哨所、高原科考站等提供全天候清洁电力；可应用于城市应急支援，作为车载系统随时响应自然灾害、电网故障等突发需求。此外，还能够与火电、光伏等发电场景形成有效互补，增强多能源系统的整体韧性。

“伞梯式陆基高空风力发电技术将拓宽风能资源全方位利用新场景。”张力表示。