发电风电,太阳能发电等都存在利用小时数偏低,发电不平稳的问题。一年 8760 小时,而高空发电 6500 利用小时数意味着利用率高达 75%。

    据估算,要实现规模化发电,风筝在高空要产生的拉力达 100 吨以上。考虑到钢绳的自重,其并非是理想的材料。公司计划采用帝斯曼的超高分子量聚乙烯纤维作为拉绳,其强度 37.8cN/dtex 是同等截面钢丝的 15 倍,模量 1765cN/dtex,密度仅 1 克/立方厘米。超高分子量聚乙烯纤维与碳纤维和对位芳纶并称三大特种纤维,性能优越。我们以 30mm 直径计算,每千米超高分子量聚乙烯纤维重量仅 0.7 吨,自重很小,成本也较低。

    风是由空气流动引起的一种自然现象,它是由太阳辐射热引起的。太阳光照射在地球表面上,使地表温度升高,地表的空气受热膨胀变轻而往上升。热空气上升后,低温的冷空气横向流入,上升的空气因逐渐冷却变重而降落,由于地表温度较高又会加热空气使之上升,这种空气的流动就产生了风。目前主流的风力发电技术主要集中在低于 100 米的空间内,风力受地形变化影响较大,同时风向不稳定,需要建设大规模的支杆和叶片。而高空风能将目光投向更高的天空,随着高度提升,风力显著上升,同时受地形等影响较弱。

    黑色区域风能密度低于 200 瓦/平方米区域, 不适宜发展风电。高度达到 500 米时,超过 200 瓦/平方米区域已覆盖国内绝大部分地区,尤其是沿海用电大省。在高度上升到3000 米、10000 米高度时,风能密度达 100 米地面风能密度百倍。

    研究表明,高空中蕴藏的风能超过人类社会总需能源的 100 多倍,国内地面风能市场规模已超千亿,而高空风能在全球范围内还刚刚起步。我们认为,随着技术的不断前进,这一新能源领域将会吸引越来越多的资金和人才进入,潜力巨大。

    广东高空风能技术有限公司由留美博士张建军创立,2009 年入驻广州科学城,注册资金1.5 亿元人民币,是国内最早从事500-10000 米高空风能发电的技术研发、发电系统设计和高空风电厂建造等业务的企业。公司自行研发的伞梯组合风能采集技术世界领先。

    “天风技术”高空风能发电系统由空中部分、地面部分和系统控制构成。空中部分由一个或数个做功伞、若干平衡伞组成;地面部分主要有发电机和卷扬机;各部分之间通过轻质高强度缆绳连接。

    平衡伞组的作用是将做功伞拉升到空中的预订高度并保持空中部分在高空中的相对平衡和稳定;做功伞的作用是使伞和伞联结的缆绳沿轴向向上运动,拉动卷扬机转动而带动发动机发电;系统控制主要是软件系统,实现对空中部分和地面部分的控制。

    空中部分上升到预设起始高度,做功伞打开并在风力作用下向上运行,通过缆绳拉动卷扬机转动而带动发电机转动。到达预设终止高度后,做功伞闭合,风阻力大大减少,此时反向转动电机启动使卷扬机高速反转拉动做功伞快速向下运行至起始高度,卷扬机停转,做功伞再次打开,开始新一轮上升做功。做功伞反复上下运行,以这种方式将高空风能转化为机械能,拉动发电机发电,从而系统实现高空风能发电。

    高空风能项目占地面积小,噪音低,是真正的无污染能能源。

    我们将公司的高空风能技术与现有的传统能源火电及新能源进行对比,发现其高空风能技术在固定投资,占地面积及效率方面均有较大的优势。首先,不同于太阳能发电需要大量的场地,高空风能主要向空中发展,地面占地面积很少,因此可以在城市周边进行建设,而不用到偏远的地区。其次,就固定投资成本来看,其固定资产成本与陆上风电相当;第三,由于高空风力相对持续,可以昼夜发电并保证功率的稳定,从而避免对电网的冲击,提升发电小时数。据公司估算,一旦形成兆瓦级的规模化发电,每度电的综合成本仅 0.3 元左右,大幅低于现有的新能源技术。