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高空风力发电技术路线

文章来源:【未知】 作者:【未知】 点击:次 时间:2018/2/9 10:18:47

用类似放风筝的方式将发电设备置于空中,利用200米以上高空充裕的风能进行发电,再用线缆传回地面,这一曾经不可思议的设想正一步步成为现实。1月30日,国内首个商业化高空风能发电项目——绩溪中路高空风能发电有限公司高空风能发电项目在安徽绩溪金沙镇开工。未来,项目首期10兆瓦高空风电有望并入国家电网。

或改变风电大规模外送格局

据介绍,绩溪中路高空风能发电项目经安徽省发改委能源局批准立项,项目采用广东高空风能技术有限公司研发的5兆瓦高空风能发电机组,总建设规模100兆瓦,总投资7.9亿元。采取一次规划、设计,分期建设、安装。第一期工程安装2台5兆瓦高空风能发电机组,装机容量为10兆瓦,年发电量约为4700万千瓦时,建设工期3年,总投资1.2亿元,电量并入国家电网,将为华东地区提供高品质的清洁能源。

目前,我国风电累计装机已达1.64亿千瓦,均由传统的低空风力发电技术贡献。在国际上,低空风电也是主流的风力发电技术路线。不过,相关人士表示,传统风力发电方式存在一些瓶颈:一方面常规的风力发电技术主要集中于100米左右的空间,该高度内风能储存不足,发电机组有效利用小时远低于火电和水电;另一方面低空风电受地势影响较大,风向有较大的不确定,需要较多支架和叶片收集风能,因此造成了低空风电占地面积大,造价昂贵。相比之下,高空风能是一种储量巨大、分布广泛的可再生清洁能源,其理论发电时间可以超过95%,年发电时间可高达6500小时以上。同传统风电相比,高空风电投资成本约为常规风电的1/3~1/2,发电成本约为1/3,而占地面积仅为1/30,并且免除了噪音困扰,对环境影响较小。

据了解,我国低空风能主要集中在“三北”地区,而用电负荷在东部,这造成目前风电要大规模外送的难题。而高空风能与我国的用电格局存在着天然的匹配。

根据美国国家环境预报中心对全球风能密度的测算,由于我国特殊的地理环境,当高度超过500米后,风能密集地区便逐渐向东南沿海移动,在3000米到10000米范围内,高空风能资源最密集的区域正好集中在华东、华中、华南等经济最发达地区,如果高空风能可以大规模收集利用,则无需耗费巨资建设长距离、大容量的输电通道。

中外企业竞相进入高新领域

据了解,过去几年,在美国、欧洲涌现了一批研发高空风电技术的公司,经粗略统计,目前高空风能发电公司全球已经有50多家。

2013年谷歌首次以Google X为名宣布收购空中风力涡轮发电设备公司Makani Power,高空风电技术引发能源界关注。意大利KiteGen科技公司同样将目光投向高空风能,并开发出全新的MARS系统,把高空风电朝商业化应用推进了一步。

据了解,目前在国内从事高空风能技术研发应用的只有广东高空风能技术有限公司一家。该公司于2009年11月落户广州开发区。2014年9月,主营自行车的中路股份重金入股该公司,进军清洁能源领域,曾引起业内广泛关注。近年来,中路股份不断增大投资,押宝高空风电技术。

“天风技术的主要原理就是使风筝如滑翔机般借助风力上升,产生的拉力拉动缆绳带动发电机发电;当风筝上升到最大高度后,再通过控制系统调整风筝翅膀的角度,使其利用自身重力下降。之后再上升供电,如此反复。”

大规模商业化仍面临难题

然而,从实验室技术到商业化应用,这条路注定不会平坦。

业内认为,高空风电技术商业化应用还面临两大技术难点:一是材料,二是控制技术。首先,高空风能收集、转换所需要的轻质高强度材料难以获得,这种材料必须同时具备超轻、高强度、耐腐蚀的特点。此外,高空风电的原理虽然简单,但具体的控制技术却异常复杂、精细。

“除了两大难点外,发展高空风能发电还需要相关部门在空域管理、并网发电及相关配套方面给予支持和鼓励,当然,从理论上说,高空风能发电属于全新的清洁能源技术,无论现在是否具备产业化条件,都值得跟踪和研究。”有风电业内人士表示。

安徽省发改委能源局在该项目的批复函中称,鉴于该项目为国内首次高空风电规模化商业化建设项目,技术尚处于初步试验示范阶段,本着“先行示范、陆续推广”的原则,同意项目按装机容量100兆瓦一次规划,分期实施。并要求实施公司在已有2.5兆瓦实验电站的基础上,科学制定分步实施计划,完善技术方案,稳步推进项目建设,确保项目长期经济可靠。

不过,发展高空风电技术也获得了国家层面的鼓励。2016年,国家发改委、国家能源局印发的《能源技术革命创新行动(2016-2030)》,明确了开展大型高空风电机组关键技术研究,实现200-300米高空风力发电推广应用。按照规划,2020年将形成200-300米高空风力发电成套技术,并于2030年获得实际应用推广。在政策的加持下,高空风电商业化应用所面临的诸多难点,或许能早日突破。

高空风力发电两条技术路线

路线一:利用氦气球等升力作用,将发电机升到半空中,在高空中利用丰富的风能转化为机械能,机械能转化为电能,之后通过电缆传到地面电网。这一技术路线的典型代表为麻省理工学院的高空风电系统“空中浮动涡轮”。

路线二:将发电机组固定在地面,通过巨型“风筝”在空中利用风能拉动地面发电机组,从而将风能转化为机械能,带动地面的发电机转化为电能,从而解决电缆和发电机的自重问题。意大利KiteGen的MARS系统是该技术路线的典型代表。

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