產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，高空風(fēng)電仍然是嗷嗷待哺的嬰兒，資本領(lǐng)域，國內(nèi)外各路資本卻早就對高空風(fēng)電項(xiàng)目虎視眈眈。市場競爭中，不同技術(shù)軌跡展示了高空風(fēng)電產(chǎn)業(yè)幾種可能的發(fā)展走向。
Google、KiteGen科技等資本角逐高空風(fēng)電千億市場 技術(shù)軌跡成發(fā)展關(guān)鍵
產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，高空風(fēng)電仍然是嗷嗷待哺的嬰兒。在資本領(lǐng)域，國內(nèi)外各路資本早就對高空風(fēng)電項(xiàng)目虎視眈眈，這也從很大的程度上促進(jìn)了高空風(fēng)電發(fā)電行業(yè)發(fā)展。從這些企業(yè)的技術(shù)軌跡上也可以一窺高空風(fēng)電產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展方向。目前致力于高空風(fēng)能發(fā)電的歐美知名公司主要有WindLift、MakaniPower、Altaerosenergies等幾家，各家的方案也不盡相同。
谷歌入股MakaniPower
2006年MakaniPower獲得了谷歌1500萬美元的種子資金、美國高級研究計(jì)劃局300萬美元的撥款以及其他私人投資，2008年谷歌公司投資又增加到2000萬美元。2013年5月，MakaniPower被谷歌公司收購，并入GoogleX部門。
MakaniPower已制造出大型碳復(fù)合材料“風(fēng)箏”，每個“風(fēng)箏”配備4臺帶螺旋槳發(fā)電機(jī)。在起飛前，這些發(fā)電機(jī)作為電動機(jī)帶動螺旋槳轉(zhuǎn)動，作為風(fēng)箏上天的動力。風(fēng)箏起飛后就能在風(fēng)中飛行，飛行所產(chǎn)生提升力很快就能使風(fēng)箏在不需要其他助力下前行。一旦靠風(fēng)帶來的推力能和螺旋槳產(chǎn)生拉力平衡，此時，發(fā)電機(jī)將開始產(chǎn)生電力。風(fēng)箏的飛行電腦將引導(dǎo)風(fēng)箏被繩索牽引沿著弧線飛行，不斷圍繞地面基站轉(zhuǎn)圈。
不過，上述產(chǎn)品的成本顯然還有進(jìn)一步壓縮空間。根據(jù)MakaniPower自身針對特大功率風(fēng)箏渦輪發(fā)電機(jī)的研發(fā)，其利用翼狀“風(fēng)箏”收集高海拔風(fēng)能的試驗(yàn)，已實(shí)現(xiàn)的發(fā)電成本是使用風(fēng)力渦輪發(fā)電的50%。
KiteGen高空風(fēng)箏發(fā)電MARS系統(tǒng)
為克服傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電受場地和風(fēng)向風(fēng)速因素影響較大等諸多缺點(diǎn)，意大利KiteGen科技公司將目光投向高空風(fēng)能，并開發(fā)出全新的MARS（MagennAirRotorSystem）系統(tǒng)。
MARS系統(tǒng)主要由高空的拖曳風(fēng)箏和地面的發(fā)電設(shè)備兩部分組成。拖曳風(fēng)箏和地面的風(fēng)力渦輪機(jī)相連，并通過安裝在發(fā)電設(shè)備上的航空感應(yīng)器來控制風(fēng)箏旋轉(zhuǎn)的方向和路徑，以最大限度帶動風(fēng)力渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)并發(fā)電。
與傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電相比，MARS系統(tǒng)擁有無可比擬的優(yōu)勢：能從高空獲得穩(wěn)定風(fēng)能。“風(fēng)箏”飛行高度越高，所獲平均風(fēng)速就越大，發(fā)電效率也就越高，而傳統(tǒng)風(fēng)力渦輪機(jī)最高平均高度只有100米左右。
MARS系統(tǒng)不僅發(fā)電效率高，占用的空間和面積也非常小。一般來講，一個發(fā)電能力為1000兆瓦的傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電廠所用面積約在250到300平方公里之間，而使用MARS系統(tǒng)的發(fā)電廠只需5到6平方公里就可達(dá)到同等發(fā)電能力。此外，MARS系統(tǒng)每千瓦小時的發(fā)電成本約為0.02美元到0.05美元，而石化能源每千瓦小時發(fā)電成本在0.05美元到0.09美元，傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電廠成本則為0.15美元。
對于還處于測試階段的MARS系統(tǒng)，上述優(yōu)勢也許預(yù)示著廣闊的前景。
Windlift仍需研發(fā)全自動運(yùn)行系統(tǒng)
Windlift由RobertCreighton于2006年在美國威斯康辛州建立。美國國防部在2009年9月授予Windlift開發(fā)產(chǎn)品的合同。該產(chǎn)品是一個具有12Kw功率的移動可再生能源系統(tǒng)。
Windlift目前的系統(tǒng)使用了一個90厘米直徑的滾筒和一個60千瓦發(fā)電機(jī)連接，這個發(fā)電機(jī)最初用于混合動力汽車。風(fēng)箏通過拉動繩索轉(zhuǎn)動滾筒帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，電能存儲到鉛酸電池，然后通過控制線使風(fēng)箏釋放拉力。這個過程還會反過來通過電力帶動電機(jī)，反轉(zhuǎn)滾筒并再次拉緊風(fēng)箏。
但需要指出的是，Windlift的上述成果仍為半自動運(yùn)行系統(tǒng)，需要一位操作員手動操作控制桿來飛行機(jī)翼。該公司目前正在研發(fā)全自動運(yùn)行系統(tǒng)。
軟銀入股AltaerosEnergies
AltaerosEnergies公司的高空風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)被稱為“結(jié)合了飛艇與風(fēng)電渦輪機(jī)”（BAT）。該系統(tǒng)由四個部分組成：第一部分為殼，殼由工業(yè)紡織物構(gòu)成，里面充滿惰性氣體氦氣。殼的作用是用來帶渦輪機(jī)飛上天并讓渦輪機(jī)在高空保持穩(wěn)定；第二部分為渦輪機(jī)，渦輪機(jī)為傳統(tǒng)的輕量型的三葉風(fēng)能渦輪機(jī)，渦輪機(jī)被垂直固定在殼內(nèi)；第三部分為纜繩，纜繩本身具有高強(qiáng)度、比重極輕的特性，纜繩與地面工作站相連，用來固定住渦輪，同時纜繩也被用于把電力傳送到地面工作站；第四部分為地面工作站，它是移動的，包含自動控制系統(tǒng)和電源調(diào)節(jié)設(shè)備。
BAT工作過程為，充滿氦氣的殼帶著渦輪機(jī)飛上天，到風(fēng)能能量密度足夠的高空后固定住，渦輪機(jī)開始利用風(fēng)能發(fā)電，通過纜繩把電力傳回地面工作站。
2014年12月4日，軟銀宣布將投資700萬美元，支持AltaerosEnergies發(fā)展高空風(fēng)力發(fā)電。
中路股份入股廣東高空風(fēng)能
繼以3000萬元增資入股廣東高空風(fēng)能技術(shù)有限公司后，中路股份去年12月發(fā)布公告稱，擬以人民幣4049.15萬元受讓公司實(shí)際控制人陳榮持有的廣東高空風(fēng)能50.005%股權(quán)。同時，擬對高空風(fēng)能增資人民幣3000萬元，本次交易完成后，公司將持有高空風(fēng)能58.041%的股權(quán)。通過這兩次資本運(yùn)作，中路股份也成為A股市場高空風(fēng)電的唯一標(biāo)的。
廣東高空風(fēng)能技術(shù)有限公司由留美博士張建軍于2009年回國在廣州建立，是目前國內(nèi)唯一從事300米-10000米高空風(fēng)能發(fā)電技術(shù)研發(fā)、發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)和高空風(fēng)能發(fā)電站建造等業(yè)務(wù)的企業(yè)。以張建軍為首的高空風(fēng)能技術(shù)團(tuán)隊(duì)成員，專業(yè)技術(shù)涵蓋了流體物理、精密機(jī)械制造、機(jī)電控制、無線電通信、智能傳感、聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、軟件工程及自動控制等。
高空風(fēng)能公司采取天風(fēng)技術(shù)方案，由空中系統(tǒng)和地面系統(tǒng)組成。空中系統(tǒng)由一個或數(shù)個做功傘、若干平衡傘組成；地面系統(tǒng)主要由發(fā)電機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)（滾筒和反向轉(zhuǎn)動電機(jī)）和萬向滑輪組成；傘之間、做功傘與卷揚(yáng)機(jī)之間是通過輕質(zhì)高強(qiáng)度纜繩連接。
天風(fēng)技術(shù)傘梯組合型高空風(fēng)電機(jī)組解決了高空風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)不穩(wěn)定的問題。這也是國外Makani公司與Windlift公司產(chǎn)品尚未完全解決的問題。
天風(fēng)技術(shù)中，升力平衡系統(tǒng)與做功系統(tǒng)是分別控制的。平衡系統(tǒng)在風(fēng)的作用下產(chǎn)生升力，維持整個系統(tǒng)在空中的平衡，本身不參與做功，這種平衡系統(tǒng)是一種穩(wěn)定系統(tǒng)。做功系統(tǒng)在風(fēng)的作用下運(yùn)動，將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，拉動地面的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動發(fā)電。
由于做功系統(tǒng)和平衡系統(tǒng)相對獨(dú)立，在風(fēng)的隨機(jī)擾動下，平衡系統(tǒng)可以自我調(diào)節(jié)而不影響做功。做功過程中對系統(tǒng)的擾動也不會直接傳遞到平衡系統(tǒng)，平衡系統(tǒng)在整個運(yùn)行過程中都處于穩(wěn)定狀態(tài)，從而保證了做功的穩(wěn)定進(jìn)行。
長江證券研究報(bào)告指出，用天風(fēng)技術(shù)建設(shè)的高空風(fēng)電場項(xiàng)目，可以獲得穩(wěn)定性高的風(fēng)電輸出，一改目前常規(guī)風(fēng)電穩(wěn)定性低的“垃圾電”現(xiàn)象。采用天風(fēng)技術(shù)建設(shè)的高空風(fēng)電場，無需建造塔筒及葉片，由于風(fēng)電系統(tǒng)采用模塊組合結(jié)構(gòu)而容易實(shí)現(xiàn)規(guī)模效應(yīng)，項(xiàng)目建設(shè)造價可低于常規(guī)風(fēng)電場。采用模塊組合結(jié)構(gòu)，高空風(fēng)電場的發(fā)電功率可達(dá)1000兆瓦，實(shí)現(xiàn)的發(fā)電成本低于每千瓦時0.30元。
