風能是空氣流動所產生的動能,是太陽能的一種轉化形式,也是現階段人類可以應用并在不斷尋求突破的一種可再生清潔能源。大體上來看,風能具備儲量大、分布廣兩個顯著優勢,但與之相對的,風能的能量密度很低,并且受限于風產生的環境限制,風能的穩定性也較低。也正因如此,風能的應用與一個特殊的詞語綁定——捕風。
?
現階段,人類應用風能的主要方式是風車(風力渦輪機)發電,簡單來說就是通過風車將空氣中的動能,也就是風的流動,轉化為機械能,再借由發電機轉化為電能。而風吹動風車轉動的過程,便是捕風的過程。
?
正如前文提到的,風能的能量密度低,因此,為了有效的運用風能,風車電機的葉片往往很長,這也就導致了風電設施單體體積就十分巨大,占地面積也不容小覷。而這也間接限制了陸地風電廠的建設,約束了風電的發展與普及。
?
基于此,各國都在嘗試發展特殊的風電,例如海上風電。而就在最近,一項新的成果讓風電站“飛”了起來——5000平方米高空風力發電捕風傘在內蒙古阿拉善左旗試驗場成功開傘,并在完成全部預定試驗內容后成功實現空中收傘。
?
捕風傘也被稱為做功傘,是高空風力發電系統捕獲高空風能的核心設備。與傳統風力發電不同的一點是,高空風力發電系統多了“纜繩傳能”的過程。簡單來說,由于電機位置設計上的區別,高空風力發電系統需要完成“空中捕能—纜繩傳能—地面發電”三級能量傳遞,捕風傘是空中捕能的部分,而電機則是地面發電的部分。這種設計導致了整個發電系統對于捕風傘、纜繩以及電機都有非常高的要求。
?
據悉,此次5000平方米高空風力發電捕風傘的纜繩采用超高分子聚乙烯材料,可承受百噸級拉力。整個發電過程則是通過雙機組協同的卷揚設備,將纜繩直線運動轉為旋轉動力,配合萬向滑輪架適應風向變化,實現機械能發電,單機功率達到兆瓦級。
?
值得一提的是該成果具備兩個重要的意義。首先是證明了利用高空風能的可行性。高空風能具有風速高、風向穩定、風能密度大等優勢,蘊藏著巨大潛力,近兩年受到了各國的高度關注,并且能夠與火電、光伏等發電場景形成有效互補,增強多能源系統的整體韌性。另一方面是證明了我國在傘梯式陸基高空風力發電技術上的實力,并且提供了重要的實驗數據,能夠為高空風能傘梯系統的后續設計及升級優化提供關鍵支撐,助力我國在核心實力上的持續發展。