將發(fā)電裝置用類似放風(fēng)箏的方式飄到空中,利用高空充裕的風(fēng)能進行發(fā)電,看似天方夜譚,但經(jīng)過科學(xué)界的不斷研發(fā),理想之光正在照進現(xiàn)實。
根據(jù)海外的最新一項調(diào)研,未來可能改變世界的十大發(fā)明中,高空風(fēng)電赫然居首。科學(xué)界的評價是,其可能深刻改變?nèi)蛭磥淼哪茉唇Y(jié)構(gòu)和現(xiàn)狀。
近兩年來,一場關(guān)于高空風(fēng)電技術(shù)的賽跑已然開始。經(jīng)粗略統(tǒng)計,高空風(fēng)能發(fā)電公司全球已經(jīng)超過50家。隨著實驗樣機的成功,2015年全球?qū)⒄介_啟高空風(fēng)能的商用化市場。
根據(jù)全球風(fēng)能協(xié)會GWEC(Global Wind Energy Council)對2012年-2016年全球風(fēng)電累計裝機量預(yù)測,以高空風(fēng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)化初期在風(fēng)電行業(yè)市場占有率為20%計算,高空風(fēng)電行業(yè)市場需求量超過1000億美元。蕪湖天風(fēng)新能源(2197.34,9.130,0.42%)科技有限公司總經(jīng)理鄒南之在接受中國證券報采訪時表示,我國發(fā)展高空風(fēng)電有著獨特的資源稟賦。在國內(nèi)外市場需求的推動下,高空風(fēng)電設(shè)備、高空風(fēng)電站建設(shè)的市場規(guī)模難以估量。但也有分析人士稱,受制于空域管制和“棄風(fēng)”的情況,高空風(fēng)電的發(fā)展仍有諸多掣肘,其產(chǎn)業(yè)化前景光明但道路依舊漫長。
風(fēng)電新的解決方案
從定義看,高空風(fēng)電是利用距地面約1600至40000英尺高空的風(fēng)力來發(fā)電。早在20世紀(jì)70年代爆發(fā)能源危機時,各類高空風(fēng)電的設(shè)計就不斷涌現(xiàn)。發(fā)達國家對高空風(fēng)電的研究從未停止。美國、荷蘭、意大利等國都多次進行過高空風(fēng)能發(fā)電試驗。目前主要有兩種高空風(fēng)電的構(gòu)架方式。第一種是在空中建造發(fā)電站,然后通過電纜輸送到地面;第二種類似“放風(fēng)箏”,即通過拉伸產(chǎn)生機械能,再由發(fā)電機轉(zhuǎn)換為電能。
從技術(shù)層面看,高空“風(fēng)箏型”發(fā)電有兩大關(guān)鍵環(huán)節(jié),首先是高空風(fēng)能收集環(huán)節(jié),其次是高空風(fēng)能轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)。其中,在高空風(fēng)能收集環(huán)節(jié),為了把“風(fēng)箏”憑借風(fēng)力送上天,至少需要100噸拉力。如果用鋼鐵做繩子,如此遠距離,鋼繩連自身重力都無法承受,因此采用的材料必須比重極輕,并具備高強度、耐腐蝕的特點。
高空風(fēng)能轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié),則需要有效解決空中系統(tǒng)的穩(wěn)定性,高空風(fēng)能發(fā)電的持續(xù)性和穩(wěn)定性難以得到有效保障。“風(fēng)箏型”高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中,由于“風(fēng)箏”既擔(dān)負平衡作用,又擔(dān)負做功的主體,平衡運動與做功運動互相耦合,所以不能分別控制,對平衡的控制必然影響到做功運動。而做功運動也必然會影響到系統(tǒng)的平衡。在整個運行做功的過程中,系統(tǒng)的平衡穩(wěn)定很容易被破壞,而尋找平衡與做功的最佳控制模式復(fù)雜而又困難。
站在能源格局的角度,利用好風(fēng)能十分必要。風(fēng)能是太陽能的轉(zhuǎn)化形式,是一種不產(chǎn)生污染物排放的可再生自然資源。受破解化石能源日趨枯竭、保障能源供應(yīng)安全和保護環(huán)境等訴求驅(qū)動,20世紀(jì)70年代中期以來,世界主要發(fā)達國家和一些發(fā)展中國家均十分重視風(fēng)能的開發(fā)利用。特別是自20世紀(jì)90年代初以來,現(xiàn)代風(fēng)能的最主要利用形式——風(fēng)力發(fā)電發(fā)展十分迅速,全球風(fēng)電機裝機年均增長率超過30%,從1990年的216萬千瓦升至2003年的4020萬千瓦。
同時,風(fēng)電商業(yè)性開發(fā)的可行性已得到了驗證,限制風(fēng)能大規(guī)模商業(yè)開發(fā)利用的主要因素——風(fēng)力發(fā)電成本過去20年中有了大幅下降。隨風(fēng)力資源不同、風(fēng)電場規(guī)模不同和采用技術(shù)不同,風(fēng)力發(fā)電的成本也相應(yīng)有所不同。目前低風(fēng)力發(fā)電成本已降至每千瓦時3至5美分,高風(fēng)力發(fā)電成本也降至每千瓦時10至12美分。到2010年,其更將降至每千瓦時2至4美分和每千瓦時6至9美分,達到與化石能源展開競爭的水平。
隨著風(fēng)能這一態(tài)勢的發(fā)展,全球風(fēng)力發(fā)電裝機到2020年預(yù)計達12.45億千瓦,發(fā)電量占全球電力消費量的12%。業(yè)內(nèi)普遍認為,風(fēng)能將是21世紀(jì)最有發(fā)展前途的綠色能源,是當(dāng)前人類社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的最主要的新動力源之一。
