我國(guó)是資源大國(guó)，但是很少有人注意到，我國(guó)還是高空風(fēng)能大國(guó)。
今年早些時(shí)候，美國(guó)媒體報(bào)道，科學(xué)家正嘗試用高空風(fēng)電為紐約市供電。利用該技術(shù)，科學(xué)家將從萬(wàn)米高空采集風(fēng)能。
其實(shí)，我國(guó)江浙魯?shù)貐^(qū)的高空風(fēng)能密度遠(yuǎn)大于紐約，為世界之最。
風(fēng)電是現(xiàn)今世界發(fā)展最快的能源產(chǎn)業(yè)，10年來它以每年30%的速度增長(zhǎng)。然而，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(diǎn)就是不恒定可靠。而在幾千米至1萬(wàn)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(shí)間不足5%。專家普遍認(rèn)為高空風(fēng)能要比地面高出數(shù)百倍。
斯坦福大學(xué)卡內(nèi)基研究所的氣候科學(xué)家肯·卡爾代拉認(rèn)為，風(fēng)中包含的總能量是地球上的人所需總能量的100倍，但是大部分風(fēng)能都位于高空。澳大利亞悉尼科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)教授布萊恩·羅伯茨表示，海拔4600米到1萬(wàn)米的高空，氣流強(qiáng)勁穩(wěn)定，是理想的空中風(fēng)電廠。
雖然聽起來很美，但要制造一個(gè)高達(dá)萬(wàn)米的渦輪機(jī)顯然不可能。目前，很多發(fā)達(dá)國(guó)家都在開發(fā)高空風(fēng)電技術(shù)。
近日，在山東東營(yíng)舉行的2009清潔能源國(guó)際高峰論壇上，加州天風(fēng)有限公司董事長(zhǎng)張建軍博士介紹了自己研發(fā)的高空風(fēng)電技術(shù)，并透露將在廣東省建立中國(guó)第一個(gè)高空風(fēng)電示范
項(xiàng)目。世界各地的高空風(fēng)電
早在20世紀(jì)70年代爆發(fā)能源危機(jī)時(shí)，各類高空風(fēng)電的設(shè)計(jì)就不斷涌現(xiàn)。美國(guó)能源部曾開展過一個(gè)高空風(fēng)電項(xiàng)目，但是到了80年代，由于能源部官員將經(jīng)費(fèi)挪為他用，最終使其無(wú)疾而終。不過，發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)高空風(fēng)電的研究并未停止。
據(jù)記者了解，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”，通過拉伸產(chǎn)生機(jī)械能，再由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換為電能。
荷蘭科學(xué)家放入高空的就是一個(gè)典型的風(fēng)箏。2008年，據(jù)英國(guó)《衛(wèi)報(bào)》報(bào)道，荷蘭代爾夫特工業(yè)大學(xué)的科學(xué)家將一只面積為10平方米的風(fēng)箏放入1000米的高空，風(fēng)箏通過拉與地面發(fā)電機(jī)連接的繩子最終產(chǎn)生了10千瓦的電力。研究人員還設(shè)計(jì)了一個(gè)由眾多風(fēng)箏組成的梯形電站，能產(chǎn)生100兆瓦電流。
同荷蘭的風(fēng)箏相比，意大利的裝置更像是放風(fēng)箏的“旋轉(zhuǎn)木馬”。據(jù)意大利媒體報(bào)道，2007年，意大利推出了風(fēng)箏風(fēng)力發(fā)電機(jī)KiteGen的計(jì)劃。該裝置的發(fā)電原理是：500～800米高的風(fēng)箏在風(fēng)力作用下，帶動(dòng)地面的轉(zhuǎn)盤在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生電能。研究人員通過計(jì)算估計(jì)，一個(gè)直徑1600米的轉(zhuǎn)盤、2000平方米的風(fēng)箏的發(fā)電能力可達(dá)100萬(wàn)千瓦，這相當(dāng)于意大利目前電力的1
/30。當(dāng)意大利在積極建造旋轉(zhuǎn)木馬風(fēng)箏時(shí)，美國(guó)也推出了“高空風(fēng)車場(chǎng)”計(jì)劃。 在這個(gè)計(jì)劃中，發(fā)電機(jī)等主要發(fā)電設(shè)備全部跟隨風(fēng)箏由風(fēng)輪機(jī)帶動(dòng)飛入空中，最終懸停在1萬(wàn)米高空。在這里，時(shí)速近320公里的強(qiáng)勁氣流吹動(dòng)風(fēng)車葉片發(fā)電，再由電纜將電能以2萬(wàn)伏的高壓輸送到地面。專家稱，300個(gè)這樣的發(fā)電風(fēng)箏就足以供應(yīng)整個(gè)芝加哥市的電力需求。
此外，世界各地還有關(guān)于風(fēng)箏發(fā)電的許多設(shè)想。如加拿大的“飛艇風(fēng)車”，德國(guó)的屋頂小型家用風(fēng)箏電站等。
據(jù)計(jì)算，這些高空風(fēng)電的建設(shè)成本和發(fā)電成本遠(yuǎn)低于化石燃料和常規(guī)低空風(fēng)能。幾乎所有人都稱之為“一場(chǎng)能源革命”。
然而，事實(shí)卻是，國(guó)外的一些研究由于沒有經(jīng)費(fèi)支持已經(jīng)停止。如“高空風(fēng)車場(chǎng)”雖然已在地面風(fēng)洞試驗(yàn)成功，但仍遭到投資者冷遇。美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室發(fā)言人喬治·道格拉斯指出：“我們現(xiàn)在很大程度上只盯著那些可以快速商業(yè)化的項(xiàng)目。”
目前，美國(guó)、意大利的幾家公司仍在繼續(xù)高空風(fēng)電機(jī)的開發(fā)，已在市場(chǎng)中占有先機(jī)。美國(guó)Magenn公司預(yù)計(jì)在2010年出售2到4臺(tái)工作原型機(jī)。專家指出，該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)入市場(chǎng)的速度取決于將有多少投資。如果資金充足，風(fēng)箏電站很有可能在5年內(nèi)進(jìn)入商業(yè)操作階段。
登陸中國(guó)的高空發(fā)電
北美東海岸和中國(guó)沿海地區(qū)是絕佳的高空風(fēng)力資源區(qū)。
據(jù)記者了解，最先進(jìn)的地面風(fēng)力發(fā)電站的風(fēng)力密度低于1千瓦/平方米。而在紐約上空急流附近，風(fēng)力密度可達(dá)到16千瓦/平方米；中國(guó)陸地上空萬(wàn)米高空處大部分地區(qū)的風(fēng)力密度均值超過5千瓦/平方米，而江浙魯?shù)貐^(qū)上空的高空急流附近的風(fēng)力密度甚至達(dá)到30千瓦/平方米，為世界之最。
中國(guó)氣象局國(guó)家氣候中心研究員張秀芝提出，江浙魯是利用高空風(fēng)能的絕佳地帶。張建軍表示，這也是他回到中國(guó)應(yīng)用高空風(fēng)電技術(shù)的原因之一。
張建軍出生于廣東省梅州市，畢業(yè)于中山大學(xué)電子系，后在美國(guó)獲得博士學(xué)位，曾在美國(guó)幾家公司擔(dān)任技術(shù)總監(jiān)，擁有多項(xiàng)發(fā)明專利。2005年，他自立門戶，在加州創(chuàng)建了天風(fēng)公司，發(fā)明了一種新型的高空風(fēng)電技術(shù)，稱為“天風(fēng)技術(shù)”。這也是一種“風(fēng)箏”式的高空風(fēng)電技術(shù)。
據(jù)他向《科學(xué)時(shí)報(bào)》記者介紹，天風(fēng)技術(shù)的主要原理就是使風(fēng)箏如滑翔機(jī)般借助風(fēng)力上升，產(chǎn)生的拉力拉動(dòng)纜繩帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電；當(dāng)風(fēng)箏上升到最大高度后，再通過控制系統(tǒng)調(diào)整風(fēng)箏翅膀的角度，使其利用自身重力下降。之后再上升供電，如此反復(fù)。
張建軍指出，這種高空風(fēng)電技術(shù)主要有兩大技術(shù)難點(diǎn)，一是材料，二是控制技術(shù)。首
先，為了把風(fēng)箏憑借風(fēng)力送上天，風(fēng)箏必須采用超輕材料，同時(shí)具備高強(qiáng)度、耐腐蝕的特點(diǎn)。他最終選擇的材料直到最近兩年才被研發(fā)出來。而選用的纜繩雖然比水還輕，卻具有很高的強(qiáng)度，完全耐切割。高空風(fēng)電的原理雖然簡(jiǎn)單，但具體的控制技術(shù)卻異常復(fù)雜、精細(xì)。通過幾年的研究，學(xué)電子出身的張建軍在控制技術(shù)上形成了突破。最終，天風(fēng)公司在美國(guó)自主研制的3套不同功率的樣機(jī)不僅在臺(tái)風(fēng)及暴風(fēng)雨情形下能正常運(yùn)轉(zhuǎn)；通過在各種天氣條件下的測(cè)試，張建軍還發(fā)現(xiàn)，同國(guó)外現(xiàn)有的高空風(fēng)電技術(shù)相比，天風(fēng)技術(shù)更為穩(wěn)定，并且高低空皆可運(yùn)行。
張建軍表示，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1/3～1/2, 發(fā)電成本約為1/3，而占地面積僅為1/30，并且無(wú)噪音，對(duì)環(huán)境影響較小。不過，其范圍內(nèi)的高空必須禁飛。
目前，該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)獲得投資公司的青睞，將在中國(guó)開展商業(yè)化開發(fā)工作。該投資公司負(fù)責(zé)人表示，之所以對(duì)其投資主要看中該技術(shù)是具有定價(jià)權(quán)和核心競(jìng)爭(zhēng)力的創(chuàng)新技術(shù)。
最近一段時(shí)間，張建軍特別忙，他正在廣東組建廣東高空風(fēng)能技術(shù)有限公司，打算逐步把美國(guó)公司搬到中國(guó)。同時(shí)，還將在廣東建立首個(gè)高空風(fēng)能研究中心及風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室，并將在廣東建造首座10萬(wàn)千瓦級(jí)高空風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)。他透露，10萬(wàn)千瓦級(jí)系統(tǒng)的發(fā)電成本約為0.2元/度。另外，如果一切順利，明年的上海世博會(huì)期間，天風(fēng)公司在中國(guó)的第一臺(tái)樣機(jī)將正式與公眾見面。
