在產業(yè)領域，高空風電仍然是嗷嗷待哺的嬰兒。在資本領域，國內外各路資本早就對高空風電項目虎視眈眈，這也從很大的程度上促進了高空風電發(fā)電行業(yè)發(fā)展。從這些企業(yè)的技術軌跡上也可以一窺高空風電產業(yè)未來的發(fā)展方向。目前致力于高空風能發(fā)電的歐美知名公司主要有WindLift、Makani Power、Altaeros energies等幾家，各家的方案也不盡相同。
谷歌入股Makani Power
2006年MakaniPower獲得了谷歌1500萬美元的種子資金、美國高級研究計劃局300萬美元的撥款以及其他私人投資，2008年谷歌公司投資又增加到2000萬美元。2013年5月，Makani Power被谷歌公司收購，并入Google X部門。
Makani Power已制造出大型碳復合材料“風箏”，每個“風箏”配備4臺帶螺旋槳發(fā)電機。在起飛前，這些發(fā)電機作為電動機帶動螺旋槳轉動，作為風箏上天的動力。風箏起飛后就能在風中飛行，飛行所產生提升力很快就能使風箏在不需要其他助力下前行。一旦靠風帶來的推力能和螺旋槳產生拉力平衡，此時，發(fā)電機將開始產生電力。風箏的飛行電腦將引導風箏被繩索牽引沿著弧線飛行，不斷圍繞地面基站轉圈。
不過，上述產品的成本顯然還有進一步壓縮空間。根據Makani Power自身針對特大功率風箏渦輪發(fā)電機的研發(fā)，其利用翼狀“風箏”收集高海拔風能的試驗，已實現的發(fā)電成本是使用風力渦輪發(fā)電的50%。
KiteGen高空風箏發(fā)電MARS系統(tǒng)
為克服傳統(tǒng)風力發(fā)電受場地和風向風速因素影響較大等諸多缺點，意大利KiteGen科技公司將目光投向高空風能，并開發(fā)出全新的MARS(Magenn AirRotor System)系統(tǒng)。
MARS系統(tǒng)主要由高空的拖曳風箏和地面的發(fā)電設備兩部分組成。拖曳風箏和地面的風力渦輪機相連，并通過安裝在發(fā)電設備上的航空感應器來控制風箏旋轉的方向和路徑，以最大限度帶動風力渦輪機旋轉并發(fā)電。
與傳統(tǒng)風力發(fā)電相比，MARS系統(tǒng)擁有無可比擬的優(yōu)勢：能從高空獲得穩(wěn)定風能。“風箏”飛行高度越高，所獲平均風速就越大，發(fā)電效率也就越高，而傳統(tǒng)風力渦輪機最高平均高度只有100米左右。
MARS系統(tǒng)不僅發(fā)電效率高，占用的空間和面積也非常小。一般來講，一個發(fā)電能力為1000兆瓦的傳統(tǒng)風力發(fā)電廠所用面積約在250到300平方公里之間，而使用MARS系統(tǒng)的發(fā)電廠只需5到6平方公里就可達到同等發(fā)電能力。此外，MARS系統(tǒng)每千瓦小時的發(fā)電成本約為0.02美元到0.05美元，而石化能源每千瓦小時發(fā)電成本在0.05美元到0.09美元，傳統(tǒng)風力發(fā)電廠成本則為0.15美元。
對于還處于測試階段的MARS系統(tǒng)，上述優(yōu)勢也許預示著廣闊的前景。
Windlift仍需研發(fā)全自動運行系統(tǒng)
Windlift由Robert Creighton于2006年在美國威斯康辛州建立。美國國防部在2009年9月授予Windlift開發(fā)產品的合同。該產品是一個具有12Kw功率的移動可再生能源系統(tǒng)。
Windlift目前的系統(tǒng)使用了一個90厘米直徑的滾筒和一個60千瓦發(fā)電機連接，這個發(fā)電機最初用于混合動力汽車。風箏通過拉動繩索轉動滾筒帶動發(fā)電機發(fā)電，電能存儲到鉛酸電池，然后通過控制線使風箏釋放拉力。這個過程還會反過來通過電力帶動電機，反轉滾筒并再次拉緊風箏。
但需要指出的是，Windlift的上述成果仍為半自動運行系統(tǒng)，需要一位操作員手動操作控制桿來飛行機翼。該公司目前正在研發(fā)全自動運行系統(tǒng)。
軟銀入股Altaeros Energies
Altaeros Energies公司的高空風能發(fā)電系統(tǒng)被稱為“結合了飛艇與風電渦輪機”(BAT)。該系統(tǒng)由四個部分組成：第一部分為殼，殼由工業(yè)紡織物構成，里面充滿惰性氣體氦氣。殼的作用是用來帶渦輪機飛上天并讓渦輪機在高空保持穩(wěn)定;第二部分為渦輪機，渦輪機為傳統(tǒng)的輕量型的三葉風能渦輪機，渦輪機被垂直固定在殼內;第三部分為纜繩，纜繩本身具有高強度、比重極輕的特性，纜繩與地面工作站相連，用來固定住渦輪，同時纜繩也被用于把電力傳送到地面工作站;第四部分為地面工作站，它是移動的，包含自動控制系統(tǒng)和電源調節(jié)設備。
BAT工作過程為，充滿氦氣的殼帶著渦輪機飛上天，到風能能量密度足夠的高空后固定住，渦輪機開始利用風能發(fā)電，通過纜繩把電力傳回地面工作站。
2014年12月4日，軟銀宣布將投資700萬美元，支持Altaeros Energies發(fā)展高空風力發(fā)電。
中路股份[-0.05%資金研報]入股廣東高空風能
繼以3000萬元增資入股廣東高空風能技術有限公司后，中路股份去年12月發(fā)布公告稱，擬以人民幣4049.15萬元受讓公司實際控制人陳榮持有的廣東高空風能50.005%股權。同時，擬對高空風能增資人民幣3000萬元，本次交易完成后，公司將持有高空風能58.041%的股權。通過這兩次資本運作，中路股份也成為A股市場高空風電的唯一標的。
廣東高空風能技術有限公司由留美博士張建軍于2009年回國在廣州建立，是目前國內唯一從事300米-10000米高空風能發(fā)電技術研發(fā)、發(fā)電系統(tǒng)設計和高空風能發(fā)電站建造等業(yè)務的企業(yè)。以張建軍為首的高空風能技術團隊成員，專業(yè)技術涵蓋了流體物理、精密機械制造、機電控制、無線電通信、智能傳感、聯網技術、軟件工程及自動控制等。
高空風能公司采取天風技術方案，由空中系統(tǒng)和地面系統(tǒng)組成。空中系統(tǒng)由一個或數個做功傘、若干平衡傘組成;地面系統(tǒng)主要由發(fā)電機、卷揚機(滾筒和反向轉動電機)和萬向滑輪組成;傘之間、做功傘與卷揚機之間是通過輕質高強度纜繩連接。
天風技術傘梯組合型高空風電機組解決了高空風能發(fā)電系統(tǒng)不穩(wěn)定的問題。這也是國外Makani公司與Windlift公司產品尚未完全解決的問題。
天風技術中，升力平衡系統(tǒng)與做功系統(tǒng)是分別控制的。平衡系統(tǒng)在風的作用下產生升力，維持整個系統(tǒng)在空中的平衡，本身不參與做功，這種平衡系統(tǒng)是一種穩(wěn)定系統(tǒng)。做功系統(tǒng)在風的作用下運動，將風能轉換為機械能，拉動地面的發(fā)電機轉動發(fā)電。
由于做功系統(tǒng)和平衡系統(tǒng)相對獨立，在風的隨機擾動下，平衡系統(tǒng)可以自我調節(jié)而不影響做功。做功過程中對系統(tǒng)的擾動也不會直接傳遞到平衡系統(tǒng)，平衡系統(tǒng)在整個運行過程中都處于穩(wěn)定狀態(tài)，從而保證了做功的穩(wěn)定進行。
長江證券[0.08%資金研報]研究報告指出，用天風技術建設的高空風電場項目，可以獲得穩(wěn)定性高的風電輸出，一改目前常規(guī)風電穩(wěn)定性低的“垃圾電”現象。采用天風技術建設的高空風電場，無需建造塔筒及葉片，由于風電系統(tǒng)采用模塊組合結構而容易實現規(guī)模效應，項目建設造價可低于常規(guī)風電場。采用模塊組合結構，高空風電場的發(fā)電功率可達1000兆瓦，實現的發(fā)電成本低于每千瓦時0.30元。
發(fā)布信息
