2024年1月，一場(chǎng)悄然發(fā)生在安徽績(jī)溪的實(shí)驗(yàn)，正在挑戰(zhàn)人類千百年來對(duì)“風(fēng)”的認(rèn)知。不是海上風(fēng)機(jī)，也不是山頭大葉輪，而是一種聽起來像“放風(fēng)箏”的新型發(fā)電技術(shù)：高空風(fēng)能發(fā)電。

沒有巨塔、沒有葉片，只有系著繩索的“飛行器”在300米至3000米的高空中滑翔、回旋，輕巧卻高效。這究竟是什么原理？它真的比地面風(fēng)電更強(qiáng)么？

風(fēng)越高，電越多——高空風(fēng)能值不值得？

風(fēng)能不是新能源，但高空風(fēng)能，是。

地表風(fēng)速受地形、建筑、氣溫等多重干擾，不僅風(fēng)速不穩(wěn)定，方向也常常變化。這也是為什么風(fēng)電機(jī)組必須選在特定的海岸線、高山之巔，選址受限。

但當(dāng)我們把視線抬高到幾百米甚至幾千米時(shí)，風(fēng)變了。

在高空，沒有障礙阻擋，風(fēng)速不僅更快，而且更穩(wěn)定。根據(jù)多項(xiàng)流體物理測(cè)算，300米以上的高空風(fēng)能密度是地表風(fēng)能的20到60倍，并且分布廣泛，理論可發(fā)電時(shí)間一年可達(dá)6500小時(shí)以上，而地面風(fēng)機(jī)通常為2000-3000小時(shí)。

科學(xué)家曾做過一個(gè)模型測(cè)算：如果人類能有效開發(fā)3000米以下的全球高空風(fēng)資源，其可利用能源總量是全人類當(dāng)前能源消耗的近100倍。

那么問題來了：怎么才能“抓住”這些飄在天上的風(fēng)？

不建塔不轉(zhuǎn)葉，空中發(fā)電像放風(fēng)箏一樣？

在安徽績(jī)溪，這場(chǎng)名為“高空風(fēng)能示范項(xiàng)目”的試驗(yàn)選擇了一種被稱為“泵送式高空風(fēng)能技術(shù)”的模式。通俗點(diǎn)說，就是“風(fēng)箏拉線發(fā)電”。

風(fēng)箏由輕型氣球帶升到空中，高空風(fēng)力驅(qū)動(dòng)它不斷上升與拉動(dòng)，系在地面的繩索隨之繃緊。通過繩索帶動(dòng)地面裝置的發(fā)電渦輪，風(fēng)能被轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再轉(zhuǎn)化為電能。

每當(dāng)風(fēng)箏升至最高點(diǎn)，地面裝置收線，風(fēng)箏回落，接著再升空，如此循環(huán)。

整個(gè)系統(tǒng)不依賴高塔結(jié)構(gòu)，不用大型風(fēng)葉，也不占用大量土地。根據(jù)公開資料，這套系統(tǒng)的單次循環(huán)可以持續(xù)發(fā)電近10分鐘，而在風(fēng)況理想的地區(qū)，日發(fā)電能力可比肩同等容量的傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)設(shè)備。

2024年1月初，這套系統(tǒng)首次實(shí)現(xiàn)了并網(wǎng)發(fā)電，總裝機(jī)容量為4.8兆瓦，標(biāo)志著我國在高空風(fēng)電領(lǐng)域邁出實(shí)質(zhì)性的一步。

風(fēng)箏發(fā)電真能取代地面風(fēng)電？難點(diǎn)也不少

雖然聽起來很理想，但空中發(fā)電也絕不是沒有門檻。

首先是結(jié)構(gòu)挑戰(zhàn)。發(fā)電風(fēng)箏通常需要在高空中長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，這要求其具備極強(qiáng)的抗風(fēng)抗壓能力。試驗(yàn)中曾多次出現(xiàn)飛行器因結(jié)冰、雷暴或高空氣流撕裂而中斷運(yùn)行。

其次是纜繩問題。系留纜繩是系統(tǒng)中最關(guān)鍵也最脆弱的一環(huán)。它不僅要承受長(zhǎng)時(shí)間拉拽和高頻振動(dòng)，還要抵御低溫、高濕、高風(fēng)速等極端環(huán)境。材料的疲勞壽命、抗腐蝕性、抗雷電能力都是技術(shù)瓶頸。

而更現(xiàn)實(shí)的難題，是經(jīng)濟(jì)性。

目前這種高空風(fēng)能系統(tǒng)的初期成本較高，是傳統(tǒng)陸地風(fēng)機(jī)的1.5到2倍，且空中維護(hù)難度大，長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)成本較高。正因如此，雖然理論效率驚人，但距離大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用，還有不少技術(shù)與成本的門檻需要跨越。

真的安全嗎？高空風(fēng)箏會(huì)不會(huì)撞上飛機(jī)？

這或許是公眾最常問的問題：這么大一個(gè)“會(huì)飛”的風(fēng)箏，萬一飄到航線怎么辦？

事實(shí)是，這項(xiàng)技術(shù)的飛行高度通常限制在300米至3000米之間，而民航客機(jī)的巡航高度一般在9000米以上，兩者在正常情況下不存在交集。

但潛在風(fēng)險(xiǎn)并非沒有。

小型飛機(jī)、直升機(jī)、農(nóng)業(yè)無人機(jī)等活動(dòng)空域有時(shí)會(huì)重合。對(duì)此，項(xiàng)目方提出了一套應(yīng)急機(jī)制：將發(fā)電空域納入臨時(shí)飛行控制區(qū)，必要時(shí)纜繩可自毀斷裂，風(fēng)箏自動(dòng)降落。此外，還可通過雷達(dá)和定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控其飛行狀態(tài)，接入航圖系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)避讓。

此外，高空風(fēng)能不會(huì)對(duì)鳥類棲息地造成直接威脅，相較于巨大的風(fēng)力葉片，對(duì)生態(tài)擾動(dòng)更小。這也是為何它被許多學(xué)者稱為“綠色中的更綠者”。

從試驗(yàn)到商業(yè)化

高空風(fēng)能并不是中國獨(dú)有的想法。早在2010年，德國SkySails公司就試圖用風(fēng)箏拉動(dòng)貨船節(jié)省燃油；美國Google曾投資開發(fā)Makani高空風(fēng)能項(xiàng)目，雖然最后失敗收?qǐng)觯珵樵擃I(lǐng)域積累了大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

如今，中國不僅實(shí)現(xiàn)了高空風(fēng)能發(fā)電的并網(wǎng)落地，還啟動(dòng)了多套系統(tǒng)的商業(yè)預(yù)研。這不僅代表中國在可再生能源領(lǐng)域的又一次搶跑，也預(yù)示著新的能源格局正在重塑。

根據(jù)《國家能源局“十四五”新能源規(guī)劃》，風(fēng)能將承擔(dān)起未來中國清潔能源增量的三分之一以上份額。如果高空風(fēng)能能夠商業(yè)化落地，那么“風(fēng)”的利用方式將迎來徹底重構(gòu)。

誰能想到，看似最傳統(tǒng)的“風(fēng)”，如今被以最前沿的方式重構(gòu)成新希望？

這不是簡(jiǎn)單的風(fēng)箏，而是一場(chǎng)能源技術(shù)的輕量化革命。它的意義，不只是多一種電力來源，而是讓我們看見，未來能源的形態(tài)，或許可以擺脫“巨塔+電纜”的束縛，真正進(jìn)入空域、進(jìn)入動(dòng)態(tài)、進(jìn)入無限。

而它是否能飛得更高、更遠(yuǎn)，還需要更多技術(shù)、資金、政策的支持。但有一點(diǎn)可以確定：這根“風(fēng)箏線”，連接的不是孩子的童年，而是中國能源轉(zhuǎn)型的明天。