相較于傳統(tǒng)風電隨意性、波動性以及地理位置偏僻導致的電網(wǎng)建設(shè)欠缺等諸多缺點，近年來高空風電因其密度高、設(shè)備輕量化、年利用小時數(shù)提高，效益可觀而備受青睞。
據(jù)了解，隨著與地面距離的增加和表面摩擦的減少，風速將逐漸加大。而每增加一倍速度，其所蘊含的能量在理論上將增加8倍。儲量豐富、分布廣泛的高空風能，其理論發(fā)電時間可以超過95%，年發(fā)電時間可高達6500h以上。
美國環(huán)境和氣候科學家克里斯蒂安-阿切爾和肯-考德伊拉曾在研究報告中指出，來自高空急流的風所生成的能量是全球所需能量的100多倍。2013年，全球風能理事會已經(jīng)做出預測，認為高空風能很有可能是改變世界的能源技術(shù)。高空風能可在不同程度上消除現(xiàn)有新能源技術(shù)的缺點，且具新的優(yōu)點，將部分代替?zhèn)鹘y(tǒng)風能，是新能源領(lǐng)域的投資熱點和發(fā)展方向。
高空風電已然帶起了新一輪的新能源發(fā)展高潮，這引得無數(shù)資本競相參與進來。近3年來，美國、歐洲涌現(xiàn)了一批研發(fā)高空風電技術(shù)的公司。經(jīng)粗略統(tǒng)計，目前全球已經(jīng)有50多家高空風能發(fā)電公司，這50多家公司投入巨資研發(fā)高空風電，技術(shù)路線不一。
事實上，自20世紀70年代以來，有關(guān)高空風電的各項專利不斷涌現(xiàn)。總的來說，高空風能技術(shù)分為兩大類：一類是利用氦氣球等升力作用，將發(fā)電機升到半空中，在高空中利用豐富的風能轉(zhuǎn)化為機械能，機械能轉(zhuǎn)化為電能，之后通過電纜傳到地面電網(wǎng)；另一類是將發(fā)電機組固定在地面，通過巨型“風箏”在空中利用風能拉動地面發(fā)電機組，從而將風能轉(zhuǎn)化為機械能，帶動地面的發(fā)電機轉(zhuǎn)化為電能，以解決電纜和發(fā)電機的自重問題。
中國的高空風能條件尤其好，風力強且分布廣，大部分地區(qū)都具有發(fā)展高空風電、特別是“風箏型”發(fā)電的氣候條件。據(jù)美國權(quán)威氣候監(jiān)測數(shù)據(jù)，全球最優(yōu)的高空風力發(fā)電源匹配的恰好也是人口密集地區(qū)就包括中國所在的亞洲東海岸。
數(shù)據(jù)顯示，最先進的地面風力發(fā)電站的風力密度低于每平方米1千瓦。中國陸地上空萬米高空處大部分地區(qū)的風力密度均值逾每平方米5千瓦；其中，江浙魯?shù)貐^(qū)上空的高空急流附近的風力密度甚至達到每平方米30千瓦，為世界之最。
我國的傳統(tǒng)風能資源(100m)主要分布在內(nèi)蒙、吉林、新疆和東南沿海較為狹窄的部分地區(qū)。這些地區(qū)與經(jīng)濟中心距離較遠，造成了發(fā)電區(qū)域與負荷區(qū)域地理位置不匹配的問題。而高空風能資源最密集的區(qū)域正好集中在華東、華中、華南等經(jīng)濟最發(fā)達地區(qū)，如果可以大規(guī)模收集利用，則無需耗費巨資建設(shè)長距離、大容量的輸電通道，可以實現(xiàn)就地消納。
對于能源消費大國之一的中國，高空風電的落地正在加速推進中。前不久，國家發(fā)展改革委、國家能源局下發(fā)了《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃（2016~2030年）》明確提出，未來將研究適用于200~300m高度的大型風電系統(tǒng)成套技術(shù)，開展大型高空風電機組關(guān)鍵技術(shù)研究，研發(fā)100m級及以上風電葉片，實現(xiàn)200~300m高空風力發(fā)電推廣應用。
與此同時，《能源技術(shù)革命重點創(chuàng)新行動路線圖》在對技術(shù)方向進行細化的同時，還提出到2020年形成200~300m高空風力發(fā)電成套技術(shù)，并于2030年獲得實際應用并推廣。
我國在此領(lǐng)域雖起步較晚但也取得了較大進展，成立于2009年的廣東高空風能技術(shù)有限公司，是我國第一家從事高空風電技術(shù)研發(fā)的公司。目前，廣東高空風能技術(shù)有限公司發(fā)明了“天風”技術(shù)方案，采用傘梯組合型高空風電機組解決了高空風能采集穩(wěn)定性問題，成為商業(yè)化的優(yōu)勢方案，且國內(nèi)首個示范電站已在安徽蕪湖落戶，且發(fā)電運行良好。
前景雖然一片大好，但也面臨著不小的挑戰(zhàn)。在業(yè)內(nèi)人士看來其核心問題無外乎有兩點：其一，其運行范圍內(nèi)需要禁飛，而我國高空風能豐富的東部地區(qū)航線密集，高空風能發(fā)電需要得到軍方的批準；其二，風電消納問題也需要得到解決。因此業(yè)內(nèi)專家預計，如果政策環(huán)境到位，產(chǎn)業(yè)配套成熟，高空風電未來發(fā)展值得期待。
（作者：《電氣技術(shù)》雜志記者 劉星）
