DQZHAN訊：Google為何看好“風(fēng)箏上的電能”？
一、高空風(fēng)能可利用資源量巨大
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風(fēng)是由空氣流動引起的一種自然現(xiàn)象,它是由太陽輻射熱引起的。太陽光照射在地球表面上,使地表溫度升高,地表的空氣受熱膨脹變輕而往上升。熱空氣上升后,低溫的冷空氣橫向流入,上升的空氣因逐漸冷卻變重而降落,由于地表溫度較高又會加熱空氣使之上升,這種空氣的流動就產(chǎn)生了風(fēng)。目前主流的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)主要集中在低于 100 米的空間內(nèi),風(fēng)力受地形變化影響較大,同時風(fēng)向不穩(wěn)定,需要建設(shè)大規(guī)模的支桿和葉片。而高空風(fēng)能將目光投向更高的天空,隨著高度提升,風(fēng)力顯著上升,同時受地形等影響較弱。
黑**域風(fēng)能密度低于 200 瓦/平方米區(qū)域, 不適宜發(fā)展風(fēng)電。高度達(dá)到 500 米時,超過 200 瓦/平方米區(qū)域已覆蓋國內(nèi)絕大部分地區(qū),尤其是沿海用電大省。在高度上升到3000 米、10000 米高度時,風(fēng)能密度達(dá) 100 米地面風(fēng)能密度百倍。
研究表明,高空中蘊藏的風(fēng)能超過人類社會總需能源的 100 多倍,國內(nèi)地面風(fēng)能市場規(guī)模已超千億,而高空風(fēng)能在全球范圍內(nèi)還剛剛起步。我們認(rèn)為,隨著技術(shù)的不斷前進,這一新能源領(lǐng)域?qū)絹碓蕉嗟馁Y金和人才進入,潛力巨大。
二、技術(shù)原理先進并具備可操作性
廣東高空風(fēng)能技術(shù)有限公司由留美博士張建軍創(chuàng)立,2009 年入駐廣州科學(xué)城,注冊資金1.5 億元人民幣,是國內(nèi)*早從事500-10000 米高空風(fēng)能發(fā)電的技術(shù)研發(fā)、發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計和高空風(fēng)電廠建造等業(yè)務(wù)的企業(yè)。公司自行研發(fā)的傘梯組合風(fēng)能采集技術(shù)****。
“天風(fēng)技術(shù)”高空風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)由空中部分、地面部分和系統(tǒng)控制構(gòu)成?？罩胁糠钟梢粋€或數(shù)個做功傘、若干平衡傘組成;地面部分主要有發(fā)電機和卷揚機;各部分之間通過輕質(zhì)高強度纜繩連接。
平衡傘組的作用是將做功傘拉升到空中的**高度并保持空中部分在高空中的相對平衡和穩(wěn)定;做功傘的作用是使傘和傘聯(lián)結(jié)的纜繩沿軸向向上運動,拉動卷揚機轉(zhuǎn)動而帶動發(fā)動機發(fā)電;系統(tǒng)控制主要是軟件系統(tǒng),實現(xiàn)對空中部分和地面部分的控制。
空中部分上升到預(yù)設(shè)起始高度,做功傘打開并在風(fēng)力作用下向上運行,通過纜繩拉動卷揚機轉(zhuǎn)動而帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)動。到達(dá)預(yù)設(shè)終止高度后,做功傘閉合,風(fēng)阻力大大減少,此時反向轉(zhuǎn)動電機啟動使卷揚機高速反轉(zhuǎn)拉動做功傘快速向下運行至起始高度,卷揚機停轉(zhuǎn),做功傘再次打開,開始新一輪上升做功。做功傘反復(fù)上下運行,以這種方式將高空風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能,拉動發(fā)電機發(fā)電,從而系統(tǒng)實現(xiàn)高空風(fēng)能發(fā)電。
我們將公司的高空風(fēng)能技術(shù)與現(xiàn)有的傳統(tǒng)能源火電及新能源進行對比,發(fā)現(xiàn)其高空風(fēng)能技術(shù)在固定投資,占地面積及效率方面均有較大的優(yōu)勢。首先,不同于太陽能發(fā)電需要大量的場地,高空風(fēng)能主要向空中發(fā)展,地面占地面積很少,因此可以在城市周邊進行建設(shè),而不用到偏遠(yuǎn)的地區(qū)。其次,就固定投資成本來看,其固定資產(chǎn)成本與陸上風(fēng)電相當(dāng);第三,由于高空風(fēng)力相對持續(xù),可以晝夜發(fā)電并保證功率的穩(wěn)定,從而避免對電網(wǎng)的沖擊,提升發(fā)電小時數(shù)。據(jù)公司估算,一旦形成兆瓦級的規(guī)?；l(fā)電,每度電的綜合成本僅 0.3 元左右,大幅低于現(xiàn)有的新能源技術(shù)。
四、 市場關(guān)心的問題
1. 超高分子量聚乙烯纖維能承受巨大拉力
據(jù)估算,要實現(xiàn)規(guī)?；l(fā)電,風(fēng)箏在高空要產(chǎn)生的拉力達(dá) 100 噸以上?？紤]到鋼繩的自重,其并非是理想的材料。公司計劃采用帝斯曼的超高分子量聚乙烯纖維作為拉繩,其強度 37.8cN/dtex 是同等截面鋼絲的 15 倍,模量 1765cN/dtex,密度僅 1 克/立方厘米。超高分子量聚乙烯纖維與碳纖維和對位芳綸并稱三大特種纖維,性能優(yōu)越。我們以 30mm 直徑計算,每千米超高分子量聚乙烯纖維重量僅 0.7 噸,自重很小,成本也較低。
2 多裝置配合實現(xiàn) 6500 小時的超高利用小時數(shù),并且保持平穩(wěn)
發(fā)電風(fēng)電,太陽能發(fā)電等都存在利用小時數(shù)偏低,發(fā)電不平穩(wěn)的問題。一年 8760 小時,而高空發(fā)電 6500 利用小時數(shù)意味著利用率高達(dá) 75%。
我們以公司蕪湖 2.5MW 發(fā)電項目為例,其有兩組高空風(fēng)能-機械能轉(zhuǎn)化系統(tǒng)和發(fā)電機系統(tǒng)組成。當(dāng)**組高空風(fēng)能-機械能轉(zhuǎn)化系統(tǒng)處于發(fā)電工作狀態(tài)時(即做功傘處于向上運行狀態(tài)),**組系統(tǒng)則處于非發(fā)電工作狀態(tài)(即做功傘處于向下運行狀態(tài)),或者 2組系統(tǒng)之間的相反工作狀態(tài)保持一定相位差,這樣整個發(fā)電系統(tǒng)就能實現(xiàn)連續(xù)發(fā)電。
這里我們必須要提到中央控制系統(tǒng)的作用。做功傘的開合指令由中央控制系統(tǒng)發(fā)送給空中控制系統(tǒng),并由空中控制系統(tǒng)執(zhí)行。中央控制系統(tǒng)根據(jù)兩組傘空中位置,風(fēng)速和用電負(fù)載參數(shù)決定各組傘的運行速度和開合傘時間。收傘下行速度高于開傘上行做功的速度,所以待開啟的傘總是預(yù)先到達(dá)開啟位置等待開傘指令。中央控制系統(tǒng)綜合發(fā)電輸出要求,風(fēng)速,高度和運行傘的數(shù)目,決定系統(tǒng)運行速度和做功傘的開傘數(shù)目,已達(dá)到輸出穩(wěn)定的目的,同時還可以由中央控制系統(tǒng)發(fā)出指令,控制導(dǎo)向體,改變運行軌道角度,調(diào)節(jié)輸出功率。
3 高空空域能否放開將是高空風(fēng)能技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵.
在中國,無論低空還是中高空,主管空域的機構(gòu)是“國務(wù)院、中央軍委空中交通管制委員會”(簡稱國家空管委)。國家空管委成立于 1986 年 1 月,這一機構(gòu)實際由中國**主導(dǎo),辦公室設(shè)在總參謀部,具體工作由其協(xié)調(diào),人員也主要來自中國人民解放軍**。具體工作由總參謀部承擔(dān)。國家空中交通管制委員會辦公室設(shè)在總參謀部作戰(zhàn)部。國家空管委劃設(shè)了 2 個空中禁區(qū)、66 個空中危險區(qū)、199 個空中限制區(qū),以及若干個**訓(xùn)練空域。由于高空風(fēng)能涉及到低中空空域,在目前空域改革尚未完全實現(xiàn)的情況下,要大范圍鋪開存在難度。但是從公司蕪湖項目的進展來看,高空風(fēng)能并非空管委禁止的項目。此外,公司 2.5 兆瓦項目占地面積較小,未來即使提升到百兆瓦占地面積也有限。如果示范項目運行良好,預(yù)計會有越來越多的地方政府會有興趣并大力推進,屆時空域問題有望改善。我們認(rèn)為,作為一個新興能源,在起步階段總會遇到各種問題,以公司現(xiàn)在的體量,空域問題要成為阻礙公司的核心問題還為時尚早。
