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   高空風(fēng)能技術(shù)是一種利用萬米高空風(fēng)能發(fā)電的技術(shù)。國際上，研發(fā)這種技術(shù)的公司主要集中在歐美國家。去年，《科學(xué)時(shí)報(bào)》曾報(bào)道過由華人科學(xué)家?guī)ьI(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)落戶我國廣東，這也是國內(nèi)首家高空風(fēng)能企業(yè)。

　　11月30日，在北京舉行的國際風(fēng)能發(fā)電新技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略研討會(huì)上，記者再次見到了廣東高空風(fēng)能技術(shù)公司總裁張建軍博士。據(jù)張建軍介紹，經(jīng)過一年的研發(fā)，目前該公司已經(jīng)生產(chǎn)出2兆瓦高空風(fēng)電工業(yè)樣機(jī)，并正在積極準(zhǔn)備示范電站。

　　據(jù)記者了解，高空風(fēng)能技術(shù)雖然在西方國家已經(jīng)出現(xiàn)了很多年，并進(jìn)行過一系列實(shí)驗(yàn)，但由于技術(shù)始終未獲突破，目前市場(chǎng)上并沒有可商用的高空風(fēng)能發(fā)電機(jī)投入運(yùn)營。各種技術(shù)路線都停留在實(shí)驗(yàn)階段。

　　今年9月底，2010高空風(fēng)能大會(huì)(AWEC)在美國加州舉行，包括廣東高空風(fēng)能公司在內(nèi)的20家企業(yè)在會(huì)上報(bào)告了自己的技術(shù)。據(jù)當(dāng)時(shí)參會(huì)的美國得州大學(xué)教授廖國鈞介紹：由于采用了與眾不同的技術(shù)路線，廣東的這臺(tái)樣機(jī)在會(huì)上報(bào)告的各種高空風(fēng)能技術(shù)中，有望最早實(shí)現(xiàn)商用。

　　張建軍在接受《科學(xué)時(shí)報(bào)》記者采訪時(shí)也坦言，目前國際上高空風(fēng)能的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)仍是空白，一旦工業(yè)樣機(jī)和電站示范成功，廣東高空風(fēng)能技術(shù)公司將在高空風(fēng)能的標(biāo)準(zhǔn)制定方面占有先機(jī)。

　　中國的高空風(fēng)能資源豐富

　　高空風(fēng)能強(qiáng)度很高，是地表風(fēng)能強(qiáng)度的上百倍。

　　美國環(huán)境和氣候?qū)W家Cristina Archer和Ken Caldeira的研究報(bào)告指出，高空中蘊(yùn)藏的風(fēng)能超過人類社會(huì)總需能源的100多倍。

　　而根據(jù)美國國家環(huán)保中心和美國能源局的氣候數(shù)據(jù)，高空風(fēng)能最好的地點(diǎn)是美國東海岸和亞洲東海岸。這其中就包括中國。

　　Archer在本次北京的研討會(huì)上分析指出，全世界的陸上風(fēng)能都不能保證長期穩(wěn)定，但是在萬米高空，全世界有一半的地區(qū)，其中包括中國絕大部分地區(qū)都能保證95%的時(shí)間有穩(wěn)定的風(fēng)。

　　美國國家海洋和大氣管理局公布的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，我國上空的高空風(fēng)能資源非常豐富。

　　2009年，北京市上空百米高度的平均風(fēng)速是4.1米/秒，能量密度是78瓦/平方米；700米高度的風(fēng)速是7.3米/秒，能量密度430瓦/平方米；而在萬米高度，風(fēng)速達(dá)到34.5米/秒，能量密度則上升到16275瓦/平方米。青島的條件則更好：100米高度風(fēng)速5.5米/秒，能量密度194瓦/平方米；700米高度風(fēng)速7.5米/秒，能量密度470 瓦/平方米；萬米風(fēng)速40.8米/秒，能量密度高達(dá)22584瓦/平方米。

　　Archer由此得出結(jié)論：高空風(fēng)能能量很大，中國的高空風(fēng)能條件尤其好，不僅風(fēng)力強(qiáng)，而且分布廣，大部分地區(qū)都具有發(fā)展高空風(fēng)電的氣候條件。

　　由于高空風(fēng)的穩(wěn)定性，高空風(fēng)能發(fā)電技術(shù)的另一大優(yōu)勢(shì)就是電場(chǎng)可以建在主干電網(wǎng)附近或者大城市周邊，而不像傳統(tǒng)風(fēng)電場(chǎng)多位于遠(yuǎn)離發(fā)達(dá)城市和主干電網(wǎng)的偏遠(yuǎn)地區(qū)。

　　Archer同時(shí)指出，在現(xiàn)在的電量需求規(guī)模下，發(fā)展高空風(fēng)電對(duì)氣候和環(huán)境幾乎沒有影響。

　　在對(duì)比各種能源形式的優(yōu)劣時(shí)，Archer指出，能源發(fā)展形式必須多樣化，而高空風(fēng)能是對(duì)傳統(tǒng)能源和其他可再生能源的一種很好的補(bǔ)充。

　　參會(huì)的美國工程院院士鮑亦和也指出，向海上和高空發(fā)展是未來風(fēng)能發(fā)展的趨勢(shì)。

　　突破技術(shù)瓶頸

　　高空風(fēng)能的概念在170年前就已提出，但至今這個(gè)愿景仍然只是方案。

　　進(jìn)入新世紀(jì)以來，歐美國家一些公司為高空風(fēng)能技術(shù)的研發(fā)投入巨資，如谷歌公司于2006年投資1000萬美元支持Makani Power的研發(fā)，到2008年，投資又增至2000萬美元。

　　2009年在美國加州舉行了全世界第一次高空風(fēng)能大會(huì)，結(jié)果出乎主辦方意料，大會(huì)居然吸引了60余人、10余家企業(yè)參加。而到2010年的大會(huì)，參會(huì)人數(shù)增至140人，企業(yè)達(dá)到20家，其中不乏太平洋煤氣電力公司這樣的大企業(yè)。

　　不過，到目前為止，高空風(fēng)能發(fā)電技術(shù)的規(guī)模化應(yīng)用還未形成。

　　究其原因，有兩大技術(shù)難題在阻礙高空風(fēng)能的發(fā)展：一是高空風(fēng)能收集、轉(zhuǎn)換所需要的輕質(zhì)高強(qiáng)度材料難以獲得；二是保證空中部分穩(wěn)定性的控制技術(shù)一直沒有突破。

　　據(jù)國際華人科技工商協(xié)會(huì)主席李大西介紹，近幾年來，隨著科技進(jìn)步，高空風(fēng)能發(fā)電所需的耐磨、耐化學(xué)腐蝕、抗紫外輻射的輕質(zhì)高強(qiáng)度材料已經(jīng)能從市場(chǎng)上獲得，其中不乏很多中國企業(yè)生產(chǎn)的高品質(zhì)材料。

　　因此，目前制約高空風(fēng)能發(fā)展的突出問題集中在控制技術(shù)上。

　　高空風(fēng)能發(fā)電是在高空中收集風(fēng)能，將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，然后通過拉繩帶動(dòng)地面的發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。

　　目前高空風(fēng)能發(fā)電的主流技術(shù)是風(fēng)箏型發(fā)電系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，風(fēng)箏作為風(fēng)能采集器將高空風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，同時(shí)，風(fēng)箏還是平衡器，保持系統(tǒng)穩(wěn)定。但這種系統(tǒng)的最大問題就是，平衡運(yùn)動(dòng)與做功運(yùn)動(dòng)相互耦合、相互影響，很難設(shè)計(jì)出平衡與做功的最佳控制模式，系統(tǒng)復(fù)雜，持續(xù)性和穩(wěn)定性難以保障。

　　廖國鈞表示，之所以認(rèn)為廣東高空風(fēng)能技術(shù)的天風(fēng)技術(shù)最有希望，就是因?yàn)檫@種技術(shù)另辟蹊徑，將做功系統(tǒng)和平衡系統(tǒng)分開控制，因此系統(tǒng)大大簡化，突破了系統(tǒng)空中控制的技術(shù)瓶頸。

　　瞄準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)空白

　　“幾年前我打死也不信，沒想到他堅(jiān)持了幾年現(xiàn)在居然成功了。”張建軍的合作伙伴這樣描述廣東高空風(fēng)能技術(shù)公司的發(fā)展歷程。

　　張建軍的成功源自他拋開了主流的風(fēng)箏型發(fā)電系統(tǒng)，而采用傘梯結(jié)構(gòu)。

　　天風(fēng)技術(shù)的傘梯由做功傘和控制傘兩部分構(gòu)成，分別起做功和升力平衡兩個(gè)作用。上部平衡系統(tǒng)由一串傘和一套控制系統(tǒng)組成，下部由一個(gè)或多個(gè)做功傘組成，做功傘在軌道上滑動(dòng)，拉動(dòng)地面發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電。

　　這兩部分以特殊的方式連在一起，但又相對(duì)獨(dú)立，在風(fēng)的隨機(jī)擾動(dòng)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(duì)系統(tǒng)的擾動(dòng)也不會(huì)直接傳遞到平衡系統(tǒng)，從而保證了做功的穩(wěn)定進(jìn)行。

　　另外，系統(tǒng)采用模塊組合結(jié)構(gòu)，通過調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行高度和改變模塊數(shù)量，能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)電功率在10~1000兆瓦范圍內(nèi)變更。這也就徹底顛覆了風(fēng)電是“垃圾電”的固有觀念。

　　張建軍解釋道，控制開幾個(gè)傘可對(duì)發(fā)電量進(jìn)行粗調(diào)，而控制單個(gè)傘張開的面積可以對(duì)發(fā)電量進(jìn)行細(xì)調(diào)，從而使整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)負(fù)載調(diào)整到需要的瓦數(shù)，通過控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)功率恒定輸出。

　　據(jù)悉，從今年1月份以來，張建軍的研究團(tuán)隊(duì)就埋頭做樣機(jī)。天風(fēng)一號(hào)系統(tǒng)樣機(jī)經(jīng)過運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，已成功發(fā)電，整體性能基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

　　4月底完成的天風(fēng)二號(hào)系統(tǒng)是一套2兆瓦的樣機(jī)，由4組傘組成，相互銜接，并配備超級(jí)電容調(diào)節(jié)，使得功率輸出更為穩(wěn)定。

　　目前，天風(fēng)技術(shù)已經(jīng)在中國和美國申請(qǐng)了發(fā)明專利。張建軍的下一步計(jì)劃是希望在示范電站的運(yùn)行中繼續(xù)發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)行改進(jìn)，證明系統(tǒng)的可行性和可靠性。

　　據(jù)李大西介紹，采用天風(fēng)技術(shù)建設(shè)的高空風(fēng)電場(chǎng)，無須建造塔筒及葉片，采用模塊組合很容易實(shí)現(xiàn)規(guī)模效應(yīng)，因此項(xiàng)目建設(shè)造價(jià)可低于常規(guī)風(fēng)電場(chǎng)。同時(shí)采用模塊組合結(jié)構(gòu)，發(fā)電場(chǎng)功率可達(dá)到1000兆瓦，實(shí)現(xiàn)發(fā)電成本低于0.3元/度。

　　不過，由于目前我國600米以上的高空空域沒有放開。張建軍的實(shí)驗(yàn)都是在低于500米的空域內(nèi)進(jìn)行的。

　　張建軍表示，如果300~500米能工作，更高的高空肯定更好，因?yàn)楦呖盏娘L(fēng)力更穩(wěn)定，比地面更容易控制。

　　一位來自投資公司的投資人指出，目前天風(fēng)技術(shù)在我國實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化面臨的首要問題就是高空空域管制和國家電網(wǎng)接入。

　　他同時(shí)指出，這兩個(gè)問題在國外都不存在，因此天風(fēng)技術(shù)可以向全球發(fā)展。

　　由于沒有成熟的技術(shù)，目前在世界范圍內(nèi)這個(gè)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)都是空白。國外公司雖然對(duì)高空風(fēng)能的研究早，但一直沒有突破，而廣東高空風(fēng)能技術(shù)公司由于一上來就有了好的思路，沒走彎路，發(fā)展速度甚至更快。

　　張建軍希望在示范成功的同時(shí)建立起一整套產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，搶占國際市場(chǎng)的制高點(diǎn)。