天山观察丨“空中电站”缘何亮相新疆
近日，国内首套“平流层浮空风力发电系统”在哈密亮相。
文/图天山网-新疆日报记者魏永贵
一个个轻灵的“大风车”在无垠的戈壁荒漠上挺立，一排排蓝色的太阳能光伏板在沙漠里延伸。一列列高塔，把来自风与光的电力汇聚在一起，通江达海，送往远方。
这是新疆广袤大地上的新景观。曾经无用的“沙戈荒”，如今成为世人瞩目的宝地。
“新能源产业的发展在加速。未来，高空将成为新能源电力的产出地。那将是媲美戈壁风车、大漠蓝海的壮丽新景观。”在近日召开的“2024哈密能源之问”大会上，顿天瑞向来自全国的新能源产业界代表描绘着空天新能源的发展场景。
会场外，作为实证，一艘长23米、直径15米的“飞艇”浮立空中，在金色阳光的照耀下，通体剔透，散发光芒。
顿天瑞是北京临一云川能源技术有限公司创始人兼CEO，这艘“飞艇”是该公司研发的“平流层浮空风力发电系统”，也是我国具备完全自主知识产权，国内首套、世界一流的“平流层浮空风力发电系统”，也被称为“空中电站”，它在该公司的型号是S500型。
“这次来哈密，是我们首次带着成品进疆。”顿天瑞说。
新疆高空风能资源丰富
距地面500米至10000米的高空风能是人类迄今还没有开发利用的新能源。这是一种储量丰裕、分布广泛的可再生清洁能源。国外环境和气候科学家的研究报告指出，高空中蕴藏的风能超过人类社会总需能源的100多倍。高空风能的特点是风速高、分布广、风向稳定、常年不断，具有很高的开发价值。
在风能资源丰富的风力发电站区域，高空风力远远大于地面风力。一般情况下，地面风能功率密度低于每平方米1千瓦，而在高空区域则可以达到每平方米5至10千瓦，甚至更高。
根据风力发电的基本原理，风中的能量与风速的三次方成正比。根据中国科学院空天信息创新研究院浮空器高空发电项目负责人宫泽奇团队测算，风速增加1倍时，风中的能量增加到8倍，3倍风速则意味着高达27倍的能量。因此，越是风速快的地方，就越是理想的风力发电场。
资料表明，我国是世界高空风能资源最丰富的国家之一。采集高空风能可以获得清洁、低成本以及高稳定性的风电，这使得高空风能的发电效率远高于地面风电。
“我们多次来新疆开展浮空风力发电项目的实验验证。”顿天瑞说，新疆高空风能资源丰富，地形地貌多样，南北疆气候差异大，“三山两盆”间的荒漠戈壁，都是开展项目测试的理想之地。今后，在新产品的定型测试方面，还要来新疆开展更多测试。
产品刷新两项世界纪录
哈密是全国风资源和光资源最好的地区之一。在新疆规划的九大风电场中，哈密占有东南部风区、三塘湖——淖毛湖风区、十三间房风区三个风区，每平方米风能功率密度超过150瓦，面积达5万多平方公里，占全疆可供开发风区总面积的66.3%。
“来哈密之前，我们做了很多前期研究工作。经测算，哈密万米以上平流层高空风能资源总量是地面的40倍以上，风速大、分布广、稳定性高，且常年不断。”顿天瑞说。
顿天瑞表示，哈密的新能源产业发展很快，类型多样。本次作为嘉宾，能在“2024哈密能源之问”大会上向全国新能源产业界代表探讨高空风能产业的发展，是一次难得的机会，也希望能达成新的合作。
实际上，在来新疆之前，北京临一云川能源技术有限公司的S500型涵道式浮空风力发电系统（SAWES），10月10日在湖北荆门漳河机场试验区域放飞升空，顺利达到500米高度并成功发电。这标志着产品刷新了浮空风电系统最大升空高度和单台浮空器发电功率最大两项世界纪录。
“世界上从事浮空风力发电的机构不少，技术路线也不尽相同。此前297米的升空高度和30千瓦的发电功率，一直由美国麻省理工学院涵道式浮空风力发电研究团队保持。”北京临一云川能源技术有限公司首席技术官翁翰钶介绍，“S500顺利升空至500米高度，载荷量、升阻比、风能利用率达标，迎风姿态稳定，发电功率保持在50千瓦以上。公司不久将测试1000米高度及100千瓦发电功率。”
看好新疆新能源产业前景
北京临一云川能源技术有限公司这套涵道式浮空风力发电系统，是利用充氦浮空器将轻量化的发电机组运升至设定高度，利用涵道引射扩散原理浮空通风发电，并综合线缆、测温、氦漏、迎风、电机效率、姿态平衡等一系列解决方案，通过系缆将电能传输至地面的技术及装备系统。整个系统由浮空平台、发电模块、电力传输和系留线缆四部分组成。
当前，S500是专为应急救援、智能测绘、矿区开发等多个低空经济应用场景研制的产品系列。例如，当地震、洪灾等灾难发生后，它能迅速升空，提供现场供电、保障通信畅通、巡视受灾情况等，将前方的实时画面传回指挥中心。不仅是狭义的应急救灾装备，更是助力于灾害监控、防御、抢险全过程的全域信能一体的应急救援系统。
“新疆地域广阔，矿产资源丰富。在应急救援、智能测绘、矿区开发等方面，特别适合采用这套系统。”顿天瑞说，新疆正向打造国家能源资源战略保障基地目标迈进，新能源产业发展势头迅猛，而且在技术应用上类型多样，发展高空风能产业正当其时。
顿天瑞和翁翰钶今年都是26岁，他们上大学时就致力于浮空器的研究。毕业以来，他俩身边集结了一批有志于在这一朝阳领域创业的年轻人，技术研发团队已达70多人。在清华大学、中国科学院空天院等顶级院校、科研机构的支持下，其研发团队先后完成了“平流层浮空风力发电系统”初始验证样机、工艺验证样机、万米浮空样机和原理测试样机，形成了应急抢险型号（S500）与发电高度不超过3000米的初级电网型号两大产品系列，若干商业化示范项目正在落地。
“新疆新能源产业前景非常好，我们希望能为新疆的发展作贡献。”顿天瑞说。