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高空風(fēng)電成新解決方案 兩大頑疾仍待解

發(fā)布時間: 2015-08-17 09:41:12    來源: 中國證券報
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[摘要]從技術(shù)層面看,高空“風(fēng)箏型”發(fā)電有兩大關(guān)鍵環(huán)節(jié),首先是高空風(fēng)能收集環(huán)節(jié),其次是高空風(fēng)能轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)。

  從定義看,高空風(fēng)電是利用距地面約1600至40000英尺高空的風(fēng)力來發(fā)電。早在20世紀70年代爆發(fā)能源危機時,各類高空風(fēng)電的設(shè)計就不斷涌現(xiàn)。發(fā)達國家對高空風(fēng)電的研究從未停止。美國、荷蘭、意大利等國都多次進行過高空風(fēng)能發(fā)電試驗。目前主要有兩種高空風(fēng)電的構(gòu)架方式。第一種是在空中建造發(fā)電站,然后通過電纜輸送到地面;第二種類似“放風(fēng)箏”,即通過拉伸產(chǎn)生機械能,再由發(fā)電機轉(zhuǎn)換為電能。

  從技術(shù)層面看,高空“風(fēng)箏型”發(fā)電有兩大關(guān)鍵環(huán)節(jié),首先是高空風(fēng)能收集環(huán)節(jié),其次是高空風(fēng)能轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)。其中,在高空風(fēng)能收集環(huán)節(jié),為了把“風(fēng)箏”憑借風(fēng)力送上天,至少需要100噸拉力。如果用鋼鐵做繩子,如此遠距離,鋼繩連自身重力都無法承受,因此采用的材料必須比重極輕,并具備高強度、耐腐蝕的特點。

  高空風(fēng)能轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié),則需要有效解決空中系統(tǒng)的穩(wěn)定性,高空風(fēng)能發(fā)電的持續(xù)性和穩(wěn)定性難以得到有效保障。“風(fēng)箏型”高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中,由于“風(fēng)箏”既擔(dān)負平衡作用,又擔(dān)負做功的主體,平衡運動與做功運動互相耦合,所以不能分別控制,對平衡的控制必然影響到做功運動。而做功運動也必然會影響到系統(tǒng)的平衡。在整個運行做功的過程中,系統(tǒng)的平衡穩(wěn)定很容易被破壞,而尋找平衡與做功的最佳控制模式復(fù)雜而又困難。

  站在能源格局的角度,利用好風(fēng)能十分必要。風(fēng)能是太陽能的轉(zhuǎn)化形式,是一種不產(chǎn)生污染物排放的可再生自然資源。受破解化石能源日趨枯竭、保障能源供應(yīng)安全和保護環(huán)境等訴求驅(qū)動,20世紀70年代中期以來,世界主要發(fā)達國家和一些發(fā)展中國家均十分重視風(fēng)能的開發(fā)利用。特別是自20世紀90年代初以來,現(xiàn)代風(fēng)能的最主要利用形式——風(fēng)力發(fā)電發(fā)展十分迅速,全球風(fēng)電機裝機年均增長率超過30%,從1990年的216萬千瓦升至2003年的4020萬千瓦。

  同時,風(fēng)電商業(yè)性開發(fā)的可行性已得到了驗證,限制風(fēng)能大規(guī)模商業(yè)開發(fā)利用的主要因素——風(fēng)力發(fā)電成本過去20年中有了大幅下降。隨風(fēng)力資源不同、風(fēng)電場規(guī)模不同和采用技術(shù)不同,風(fēng)力發(fā)電的成本也相應(yīng)有所不同。目前低風(fēng)力發(fā)電成本已降至每千瓦時3至5美分,高風(fēng)力發(fā)電成本也降至每千瓦時10至12美分。到2010年,其更將降至每千瓦時2至4美分和每千瓦時6至9美分,達到與化石能源展開競爭的水平。

  隨著風(fēng)能這一態(tài)勢的發(fā)展,全球風(fēng)力發(fā)電裝機到2020年預(yù)計達12.45億千瓦,發(fā)電量占全球電力消費量的12%。業(yè)內(nèi)普遍認為,風(fēng)能將是21世紀最有發(fā)展前途的綠色能源,是當(dāng)前人類社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的最主要的新動力源之一。

  我國具有產(chǎn)業(yè)先天優(yōu)勢

  高空風(fēng)電之所以被業(yè)內(nèi)給予很高期望,在于目前的風(fēng)能利用僅限于幾十米至百米的低空,其一大缺點就是不穩(wěn)定可靠。而在幾千米至1萬米的高空,不僅風(fēng)速更大且風(fēng)力穩(wěn)定,一年中不刮風(fēng)的時間不足5%,因此高空風(fēng)能發(fā)電具有發(fā)電時間長與輸出穩(wěn)定的優(yōu)勢。同傳統(tǒng)風(fēng)電相比,高空風(fēng)電投資成本約為常規(guī)風(fēng)電的1/3到1/2,而占地面積僅為1/30且無噪音,對環(huán)境影響較小。

  業(yè)內(nèi)人士強調(diào)指出,高空風(fēng)電客觀上克服了傳統(tǒng)風(fēng)電因風(fēng)量隨意性、波動性以及所處地理位置偏僻所伴生的電網(wǎng)建設(shè)欠缺等“缺陷”,可以一定程度上降低棄風(fēng)問題的嚴重程度。

  正因為如此,盡管業(yè)內(nèi)對于高空風(fēng)電的技術(shù)可行性存有較大的疑問,但是高空風(fēng)電客觀的存在并有巨大的利用價值卻是不爭的事實。

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