高聳在地面上的成群風力發(fā)電機已經(jīng)沒什么稀奇，現(xiàn)如今工程師們正在研究如何能以更靈活更高效的方式從風力中提取電能。一個頗具創(chuàng)意的靈感就是設法把風力發(fā)電機送到天上去，打造一部飄行空中的“大風車”。

當前廣泛使用的高塔式風力發(fā)電機雖然很不錯，但也有一些固有的缺點。首先就是它們的建造成本很高，而且是固定不動的，選址成為建造的關(guān)鍵，必須選在常年盛行大風的地點，雖然這些風機可以根據(jù)風向的變化調(diào)整方向，但在風力極弱或無風的時段仍然無計可施。此時，這些固定風機的高度成了“能力天花板”——事實上在更高的高度上，空氣仍在以相當高的速度“狂奔”，只不過固定風機的塔式基座夠不到罷了。固定式風機的另一個缺點在于它們的建設周期較長，需要在現(xiàn)場建造基座和塔身，然后再把巨大的風機和奇長的葉片從遙遠工廠經(jīng)過艱難陸路運輸送來，利用重型吊裝機械組裝起來。也就是說，如果你要在某個地方急需建立風力發(fā)電設施，依靠固定式風機肯定來不及。那么，有沒有其他的方法呢？浮空式風力發(fā)電機就是工程師們提出的解決方案。

傳統(tǒng)風機的塔座不能無限增高，那么就把風機搬到天上去。工程師們想到了飛艇。飛艇依靠氦氣或氫氣的靜浮力升空，升空活動本身不消耗能源，費用較低。如果把風機和飛艇組合在一起，應該是個好辦法。但是問題沒那么簡單，飛艇必須設計成環(huán)管狀，內(nèi)設中空涵道（有些帶有中央錐），風力發(fā)電機就裝在中央，涵道可以通過流管效應提升風速，增加風能利用率。飛艇式的浮空囊體也很有門道，囊體材料必須足夠輕巧堅固，能經(jīng)受高空強風的折磨，內(nèi)部只能使用氦氣，確保整個系統(tǒng)的安全性。囊體外形需要進行氣動優(yōu)化，配備穩(wěn)定系統(tǒng)，保證能在系留條件下的穩(wěn)定懸浮，為發(fā)電提供合適的作業(yè)環(huán)境。置于涵道內(nèi)部的風機葉片長度不可能如地面風機那般張揚，只能在有限的局促空間內(nèi)工作，這就要求風機葉片具備極為高效的氣動外形，發(fā)電機組也必須在輕量化和高效化之間進行反復優(yōu)化。最后，還要給這套空中發(fā)電系統(tǒng)配上智能系纜和地面控制站，纜索除了起到牽引固定作用外，還負責傳輸電力，地面控制站則隨時監(jiān)控和調(diào)整風機狀態(tài)?？傊?，問題不像看起來那樣容易。

中國工程師們在解決這些問題的道路上走得很快。1月5日，四川宜賓，一具奇特的浮空式飛行器以系留方式被放飛到空中。雖然看起來很像飛艇，但它并不是觀光飛行器，而是北京臨一云川能源技術(shù)有限公司(臨一云川)研制的兆瓦級S2000浮空風力發(fā)電系統(tǒng)。它的使命，就是到高空去完成與疾風的一次約會，嘗試把風力轉(zhuǎn)換為電能并傳回地面。S2000長60米、寬40米、高40米，外形魔幻頗像飛艇，試飛活動中，隨著系留索具不斷釋放，S2000經(jīng)過約30分鐘爬升，順利到達2000米高度，實現(xiàn)穩(wěn)定懸停。內(nèi)部的風機葉片在風力推動下高速旋轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機輸出電能，累計發(fā)電385千瓦時，電力通過系留線纜實現(xiàn)下傳，成功完成了并網(wǎng)發(fā)電測試。評估顯示，全系統(tǒng)的升空高度、發(fā)電功率、升阻比等主要參數(shù)均達到預期目標。這次試飛刷新了該公司自身保持的飛行高度、發(fā)電功率、并網(wǎng)測試和應用場景等4項行業(yè)紀錄，中國浮空風電系統(tǒng)向工程應用邁出了重要一步。這次牛刀小試的S2000并未“火力全開”，總體積近20000立方米的S2000最大額定功率可達3兆瓦，如果集群使用，可以形成可觀的發(fā)電產(chǎn)能。目前，S2000已啟動小批量生產(chǎn)，多個沿海城市及高海拔地區(qū)都與研制方簽訂了意向協(xié)議。

S2000是多單位聯(lián)合技術(shù)創(chuàng)新的成果。臨一云川研發(fā)團隊聯(lián)合清華大學、中國科學院空天信息創(chuàng)新研究院等科研機構(gòu)，相繼攻克浮空器穩(wěn)定性、輕量化電機、千米級高壓輸電等難題。2024年10月，S500率先升至500米，發(fā)電功率達到50千瓦。2025年1月，S1000升至1000米，發(fā)電功率達到100千瓦。如今S2000正在挑戰(zhàn)2000米高度和兆瓦級功率，下一代S4000、S6000正同步推進，其中S6000將挑戰(zhàn)平流層浮空風電關(guān)隘。

靈活性是浮空式風力發(fā)電系統(tǒng)的最大優(yōu)勢。雖然地面上風力在時間空間上的分布差異極大，但一旦進入高空，強風就呈現(xiàn)出廣泛而穩(wěn)定的分布態(tài)勢。只要你能把風機送到這個高度，那么就能隨時提取可觀的電能。按照設計，中國的浮空電站還能“打包帶走”，整個系統(tǒng)將實現(xiàn)“集裝箱化”，可以快速運送到作業(yè)現(xiàn)場，僅需4—8小時就能充氣升空，成為可以快速部署啟用的“超級充電寶”，在災害救援等應急場景下，為通訊網(wǎng)絡和救援器材提供電力保障。

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