相關(guān)資料顯示,中國絕大部分地區(qū)5000米以上高空中的有效風能密度在每平方米1000瓦以上。由于高空風的穩(wěn)定性,高空風能發(fā)電技術(shù)的另一大優(yōu)勢就是電場可以建在主干電網(wǎng)附近或大城市周邊,而不像傳統(tǒng)太陽能發(fā)電場、傳統(tǒng)風電場多位于遠離發(fā)達城市和主干電網(wǎng)的偏遠地區(qū)或海邊。
2009年,北京市上空百米高度的平均風速是每秒4.1米,能量密度是每平方米78瓦;700米高度的風速是每秒7.3米,能量密度每平方米430瓦;而在萬米高度,風速達到每秒34.5米,能量密度則上升到每平方米16275瓦。青島市條件更好:100米高度風速每秒5.5米,能量密度每平方米194瓦;700米高度風速每秒7.5米,能量密度每平方米470瓦;萬米風速每秒40.8米,能量密度高達每平方米22584瓦。
據(jù)國網(wǎng)能源研究院副總經(jīng)濟師白建華介紹,眼下正致力于高空風能發(fā)電的歐美知名公司主要有WindLift、Altaeros energies、Makani Power等,幾家公司分別發(fā)展自身的高空發(fā)電系統(tǒng),目前研制出商用樣機,最早于今年內(nèi)能夠商用化。
此外,中國廣東高空風能技術(shù)有限公司創(chuàng)造性地發(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)定性的問題,成為商業(yè)化的優(yōu)勢方案,世界上首臺實用性大功率高空風能發(fā)電系統(tǒng)已經(jīng)落戶安徽蕪湖。
兩大頑疾仍待解
白建華指出,風電在技術(shù)層面上有諸多解決方案,一是在“風箏”機翼上安裝類似螺旋槳的渦輪機葉片,空氣帶動葉片旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生電能,然后通過導電繩索將電能傳送到地面,這種技術(shù)如今被昵稱作“飛翔的發(fā)電機”;另一種方案是,通過空中的風箏施加給控制繩索的力,帶動地面設(shè)備發(fā)電。目前的主流高空風能發(fā)電模式是高空風箏型發(fā)電。不過無論是哪種解決方式,都是一種傘梯的組合形式。
傘梯組合高空風能發(fā)電的空中系統(tǒng)運行高度是300至10000米,與目前風力發(fā)電相比具有諸多優(yōu)勢。傘梯組合高空風能發(fā)電無噪音,無廢氣污染,不受地理位置的限制,是環(huán)境友好型的產(chǎn)品技術(shù)。高空風及高空風能相較于低空風和低空風能的優(yōu)勢是:風速大、平均能量密度高、地域分布廣、穩(wěn)定性高、常年不斷。
但白建華認為,哪怕克服了技術(shù)路徑和商業(yè)應(yīng)用難題,高空發(fā)電仍有諸多難題待解,其中核心在于兩個方面。首先,其運行范圍內(nèi)需要禁飛,而我國高空風能豐富地區(qū)為經(jīng)濟發(fā)達的東部地區(qū)航線密集,而該區(qū)域卻是高空風能的優(yōu)勢區(qū)域,高空風能發(fā)電需要得到軍方的批準。目前我國空域緊張,高空風能發(fā)電能否大規(guī)模應(yīng)用,需要等待空域改革的進一步進行,放開空域用于民用。
其次,就是風電上網(wǎng)問題,即使在技術(shù)和商業(yè)上均已實現(xiàn)突破的情況下,風電上網(wǎng)仍然困難重重。白建華強調(diào),在近年快速發(fā)展之下,我國風電裝機規(guī)模在2012年底超過美國成為世界第一。但風電發(fā)展過程中,因電網(wǎng)建設(shè)工期不匹配而導致的棄風消納問題也逐步凸顯,并同樣可能成為高空風電的掣肘。數(shù)據(jù)顯示,今年上半年棄風限電主要集中在蒙西(33億千瓦時、棄風率20%)、甘肅(31億千瓦時、棄風率31%)、新疆(29.7億千瓦時、棄風率28.82%)。
未來國家節(jié)能減排的方向或會是高空風電領(lǐng)域最大的利好。長江證券研究報告認為,高空風能發(fā)電對節(jié)能減排作用顯著。根據(jù)專家統(tǒng)計估算,每輸出1度風電,可以節(jié)約0.4千克標準煤。
根據(jù)上述數(shù)據(jù),并以中路股份參股的天風技術(shù)建設(shè)的100兆瓦高空風力發(fā)電場項目(年發(fā)電量約5.6億千瓦時)為例,可估算出僅此項目,正常投產(chǎn)后每年可為社會節(jié)約原煤逾30萬噸,減少污染物排放逾70萬噸。
白建華表示,可以預見風力發(fā)電產(chǎn)業(yè)化道路仍然崎嶇,但是技術(shù)的實現(xiàn)并非遙不可及。更重要的是其商業(yè)模式存在一定吸引力。他預計,如果政策環(huán)境到位,技術(shù)層面完全能達到商業(yè)化“甜蜜點”,只要產(chǎn)業(yè)配套成熟,未來發(fā)展仍值得期待。