將發電裝置用類似放風箏的方式飄到空中,利用高空充裕的風能進行發電,看似天方夜譚,但經過科學界的不斷研發,理想之光正在照進現實。
根據海外的最新一項調研,未來可能改變世界的十大發明中,高空風電赫然居首。科學界的評價是,其可能深刻改變全球未來的能源結構和現狀。
近兩年來,一場關于高空風電技術的賽跑已然開始。經粗略統計,高空風能發電公司全球已經超過50家。隨著實驗樣機的成功,2015年全球將正式開啟高空風能的商用化市場。
根據全球風能協會GWEC(Global Wind Energy Council)對2012年-2016年全球風電累計裝機量預測,以高空風能發電產業化初期在風電行業市場占有率為20%計算,高空風電行業市場需求量超過1000億美元。蕪湖天風新能源(2197.34,9.130,0.42%)科技有限公司總經理鄒南之在接受中國證券報采訪時表示,我國發展高空風電有著獨特的資源稟賦。在國內外市場需求的推動下,高空風電設備、高空風電站建設的市場規模難以估量。但也有分析人士稱,受制于空域管制和“棄風”的情況,高空風電的發展仍有諸多掣肘,其產業化前景光明但道路依舊漫長。
風電新的解決方案
從定義看,高空風電是利用距地面約1600至40000英尺高空的風力來發電。早在20世紀70年代爆發能源危機時,各類高空風電的設計就不斷涌現。發達國家對高空風電的研究從未停止。美國、荷蘭、意大利等國都多次進行過高空風能發電試驗。目前主要有兩種高空風電的構架方式。第一種是在空中建造發電站,然后通過電纜輸送到地面;第二種類似“放風箏”,即通過拉伸產生機械能,再由發電機轉換為電能。
從技術層面看,高空“風箏型”發電有兩大關鍵環節,首先是高空風能收集環節,其次是高空風能轉化環節。其中,在高空風能收集環節,為了把“風箏”憑借風力送上天,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。
高空風能轉化環節,則需要有效解決空中系統的穩定性,高空風能發電的持續性和穩定性難以得到有效保障。“風箏型”高空風力發電系統中,由于“風箏”既擔負平衡作用,又擔負做功的主體,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的平衡。在整個運行做功的過程中,系統的平衡穩定很容易被破壞,而尋找平衡與做功的最佳控制模式復雜而又困難。
站在能源格局的角度,利用好風能十分必要。風能是太陽能的轉化形式,是一種不產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、保障能源供應安全和保護環境等訴求驅動,20世紀70年代中期以來,世界主要發達國家和一些發展中國家均十分重視風能的開發利用。特別是自20世紀90年代初以來,現代風能的最主要利用形式——風力發電發展十分迅速,全球風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,風電商業性開發的可行性已得到了驗證,限制風能大規模商業開發利用的主要因素——風力發電成本過去20年中有了大幅下降。隨風力資源不同、風電場規模不同和采用技術不同,風力發電的成本也相應有所不同。目前低風力發電成本已降至每千瓦時3至5美分,高風力發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。
隨著風能這一態勢的發展,全球風力發電裝機到2020年預計達12.45億千瓦,發電量占全球電力消費量的12%。業內普遍認為,風能將是21世紀最有發展前途的綠色能源,是當前人類社會經濟可持續發展的最主要的新動力源之一。
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