潮声丨建一座“会飞的空中电站”

　　当一座座高耸的白色风电机组持续转动，将风能转化为电流输送至千家万户时，中国新能源开发的版图已不局限于广袤大地与辽阔海面。如今，对风力的利用更是拓展至千米高空。

　　甘肃省玉门市戈壁滩上的风电机组。图源新华社

　　高空风力发电，是指利用自主系留空中组件捕获300米以上高空风能，实现风能到电能转换的新能源技术。目前主要有陆基和空基两种技术路线。作为尚未规模开发的新能源“无人区”，高空风能具有风速高、风向稳定、风能密度大等优势，蕴藏着巨大潜力。

　　11月12日，我国首个高空风能国家重点研发计划核心装备——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成功开伞。更早前，9月19日-21日，由北京临一云川能源技术有限公司自主研制的S1500型浮空风力发电系统（SAWES），在新疆哈密淖毛湖基地顺利完成一系列预定试验科目，标志着全球首台兆瓦级商用空中风力发电系统首次试飞成功。

　　面积巨大的“空中捕风伞”、外形似飞艇的“空中发电站”……今年，我国高空风力发电领域捷报频传。作为世界风能资源最丰富的国家之一，我们正在“向天要电”的征途上迈进。

　　浮空风力发电系统SAWES-1500。受访者供图

　　风中能量与风速三次方成正比

　　在1500米高空挖掘“风能富矿”

　　当长60米、宽40米、高40米的SAWES-1500顺利升至1500米高空时，北京临一云川能源技术有限公司CEO兼首席设计师顿天瑞颇为感慨，“这离我们‘向更高空捕风，云端电站点亮未来’的目标又近了一步。”

　　浮空风力发电系统SAWES-1500，这个外形似飞艇的庞然大物，由轻质浮空囊体、高效涵道风轮、智能系缆和地面控制站组成，能够在1500米高空捕获稳定强风进行发电。“就像把发电站从地面搬到‘风力高速公路’上。”顿天瑞比喻道。

　　飞在空中的发电站，听起来似乎像个科幻场景。不过，要想让科幻成功照进现实，也并不容易。顿天瑞介绍，这座“高空发电站”就像一个充满氦气的巨无霸飞艇，工作原理主要分三步——

　　首先，像“放风筝”一样，让这艘特殊材料制成的、装着氦气的飞艇携带发电机升到1500米以上高空；其次，通过可以自动调整角度的“智能风帆”，带动发电机旋转发电；最后，像“传输数据”一样，把产生的电能通过高强度特质系缆输送回地面基站。

　　浮空风力发电系统SAWES-1500。受访者供图

　　在高空风力发电领域，这种通过把轻型风力发电机搭载在轻量级飞行器上飞行实现空中发电的方式，属于空基技术路线。

　　与SAWES-1500不同，我国首个高空风能国家重点研发计划核心装备——世界最大5000平方米高空风力发电捕风伞，则是走的陆基路线。

　　这一高空风力发电系统由空中组件、牵引缆绳和地面组件三部分构成。利用在空中展开的、像“大风筝”的做功伞，在500-5000米高度范围内往复捕获风能，再通过牵引缆绳，拉动地面的发电机转动发电。也就是说，两者的核心区别在于发电机的位置。

　　无论面积巨大的“空中捕风伞”，还是外形似飞艇的“空中发电站”，都是我国在高空发电领域的新尝试。

　　世界最大5000平方米高空风力发电捕风伞。图源新华社

　　那么，为什么要向更高空捕风呢？答案很简单，因为高空是“风能富矿”！一般说来，在大气边界层内，离地面越高，风速越大。

　　根据风力发电的基本原理，风中的能量与风速的三次方成正比，所以风电机组捕获的能量将随风速的提高而呈指数级的增大。风电领域专家王成（化名）向记者解释道，这意味着，如果风速提升至2倍，捕获能量增加到8倍（2的三次方），如果风速提升至3倍，捕获能量就增加为27倍（3的三次方）。

　　据美国国家环境预报中心1979年至2006年的数据资料，在500米至10000米的高度范围，风的流向稳定，且高度越高、风的强度越大，稳定性就会越好；当靠近地面时，受地形等影响，风具有很强的随机性，强度也显著下降。在高空，理论发电时间可以超过95%，年发电时间可高达6500小时以上。

　　尚未规模开发的新能源“无人区”

　　真正商业化还有不少路要走

　　其实，高空发电这一概念由来已久，早在20世纪就有科学家提出这一构想，但目前仍处于尚未规模开发的新能源“无人区”。

　　“风能一直被认为是发展潜力巨大的新兴绿色能源，目前全世界有多个国家在持续探索。”王成表示。

　　在我国，早在2023年，国家重点研发计划启动“可再生能源技术”重点专项申报，其中就包括“新型高空风力发电关键技术及装备”项目，旨在探索新型高效高空风力发电实现机理，提出大功率新型高空风力发电解决方案。

　　的确，相较于常规陆上风电，高空风电可节约占地、减少用钢、降低成本，在大型化、商业化上都具有较大优势。

　　以浮空风力发电系统SAWES-1500为例，相比传统陆上风机，其无需建设大吨位塔筒，基础结构简洁，可节省材料40%，度电成本下降30%，且可快速“转场”，适用于戈壁、海岛、矿区等场景。“就像个‘巨型充电宝’，哪儿缺电飞哪。”顿天瑞说。

　　或许有人会疑惑：让发电站飞在空中，会影响飞机飞行吗？对此，王成表示，高空风力发电对飞行安全的影响不大。从理论上说，其运行的高度可能会影响飞机的起飞和着陆，不会影响飞机的正常巡航阶段的飞行，但事实上，在高空风力发电场宏观选址时，会避开飞机起飞和着陆的航线。

　　“不管是试飞还是固定飞行，我们都会向相关部门协调空域使用，在航线中进行空中障碍区标注，所以并不会影响飞机飞行安全。”顿天瑞表示。

　　浮空风力发电系统SAWES-1500。受访者供图

　　不过，目前在全球市场上，高空发电还没有大规模、成熟的商业应用案例。王成表示，当下高空风力发电的关键问题是理论和技术的成熟度不够、工程商业化距离大、全寿命周期的运维成本及其度电成本不明。

　　此前，世界最大高空捕风伞成功开伞后，中国能建中电工程高级技术专家霍少磊向媒体表示：超大型做功伞的成功展开，证实了伞梯式陆基高空风力发电技术路线具备实现大容量、大功率的可行性。后续还将进一步进行多伞放飞试验测试，计划明年底进入发电试验阶段。

　　同样，临一云川也处于持续深耕之中。顿天瑞告诉记者，浮空风力发电系统SAWES-1500能在戈壁强风等极端工况下完成各项预设目标，是产品工程化应用的重要里程碑，此后还将在国内多地开展多环境、多场景验证，团队计划在2026年实现批量生产并交付首批用户并网发电。

　　“在全球能源转型浪潮的推动下，高空风力发电应用场景广阔，但‘上天’之后也还有不短的路要走。”王成认为，这一领域确实值得探索，但并非一片坦途。

　　世界最大5000平方米高空风力发电捕风伞。图源新华社

　　从后进生到领跑者

　　中国风电的“逆袭”之路

　　近几十年来，中国在风电领域的表现无疑是亮眼的——当下，我国海上风电累计装机容量已连续4年（2021—2024年）位居全球第一，新增装机容量连续7年（2018—2024年）全球第一。截至2024年底，累计并网容量达4127万千瓦，占全球累计容量的49.6%。

　　不过，回望来时路，中国并非是最早大力发展风电、占据先手优势的国家，这是一段后来居上的奋斗史。

　　1986年，我国第一座“引进机组、商业示范性”的马兰风电场在山东荣成并网发电。作为世界最大风力发电企业，国家能源集团1994年建成投产的新疆达坂城风电场，拉开我国商业化运营风电场的序幕。

　　中广核浙江岱山4号海上风电场。图源新华社

　　“中国风电发展背后，有产业政策的支撑，也有技术创新的加持。”在王成看来，我国在风电领域的技术创新经历了国外引进、消化吸收和风电机组大型化领跑三个阶段。中国不仅连续十多年保持全球最大风电装机容量，而且目前已经是全球最大的风电装备制造基地，在全球风电产业链中有着举足轻重的作用。

　　据央视新闻2024年12月报道，中国风电叶片产能占全球市场的64%、齿轮箱产能全球占比约80%，发电机产能全球占比约73%。

　　甘肃省玉门市戈壁滩上的风电机组（无人机照片）。图源新华社

　　在当下，从建设成本、发电效率、发电成本等方面来看，开发高空风能符合未来能源技术发展的需要。从陆地到海洋，高空或许就是下一个“必争之地”。

　　而在这一赛道上，不管是世界最大5000平方米高空风力发电捕风伞成功开伞，还是全球首台兆瓦级商用空中风力发电系统首次试飞成功，都印证着我们在高空风能利用领域已经成功“抢跑”。

　　“现在我们的浮空风力发电系统能飞到1500米，但我们的目标不止于此，我们还要迈向风速更高的天空，努力建一座‘空中三峡’。”顿天瑞表示，团队希望让浮空风电成为平价绿电的重要组成部分，也为全球能源转型贡献有价值的中国方案。

　　在不远的将来，我们日常使用的电能，或许就将来自于千米乃至数千米高空的风，这不是飘渺的想象，而是一场正在酝酿的可再生能源革命。