长长的巨型“风筝”也能发电!日前,世界最大5000平方米高空风力发电捕风伞在内蒙古阿拉善左旗试验场开伞,完成全部预定试验内容并成功实现空中收伞,标志着我国高空风力发电技术在工程化应用方面迈出坚实一步。
高空风力发电是利用空中组件捕获300米以上高空风能,实现“风能—电能”转换的新能源技术。这个过程类似收放风筝:伞组通过氦气球提供初始升力,上升到一定高度后打开捕风伞,利用捕风伞在空中往复运动实现捕获风能,这将对主缆绳产生巨大拉力,进而带动发电机组发电。
“会飞的电站”,发电效率怎么样?
高空风能国家重点研发计划试验工程现场总指挥曹仑介绍,拟建设的这座“电站”单机额定功率5兆瓦,从500米上升至3000米高度后,再返回初始位置,单次发电循环时间约为20分钟,上升一次的发电量约500千瓦时。据测算,正常状态下年发电量可达1000万千瓦时,相当于节约标准煤约3000吨。
为捕获高空风能,国内外主要有空基和陆基两种技术路线,关键区别在于发电机的位置。空基路线将发电机组置于空中飞行器上,在高空发电;陆基路线则选择将重型发电机固定在地面,通过翼伞、飞艇或其他空中组件捕获风能,从而牵引地面发电机发电。此次试验的伞梯式陆基高空风力发电系统,由“空中组件+牵引缆绳+地面组件”三部分构成。
“会飞的电站”发电,看似原理简单,但由于需克服风切变、湍流、极端天气等影响,对设备装置的可靠性和运营维护要求很高。比如,5000平方米捕风伞展开面积大,能盖住大概12个标准篮球场,开伞难度极高,运转中的地面卷扬机绳速高达每小时50至60公里。
有了陆上风电和海上风电,为何还要发展高空风电?
“高空风能具备风能密度大、风向稳定、广泛分布等优势,其理论储量可达全球电力总消费需求的100倍以上。测算显示,相比一般的陆上风电,可节约九成土地和用钢量,降低约三成度电成本。”中国能建中电工程高级技术专家霍少磊介绍。
“高空风能目前仍是未规模开发的新能源‘无人区’,随着设备造价降低和技术逐步成熟,发展前景值得期待。接下来我们还将进行多伞放飞试验,计划明年底进入发电试验阶段。”霍少磊告诉记者,当前我国在伞梯式陆基高空风能利用领域拥有一系列自主知识产权,可实现全产业链技术与设备自主可控。