高空風能技術是一種利用萬米高空風能發電的技術。國際上，研發這種技術的公司主要集中在歐美國家。去年，《科學時報》曾報道過由華人科學家帶領的科研團隊落戶我國廣東，這也是國內首家高空風能企業。

11月30日，在北京舉行的國際風能發電新技術發展戰略研討會上，記者再次見到了廣東高空風能技術公司總裁張建軍博士。據張建軍介紹，經過一年的研發，目前該公司已經生產出2兆瓦高空風電工業樣機，并正在積極準備示范電站。

據記者了解，高空風能技術雖然在西方國家已經出現了很多年，并進行過一系列實驗，但由于技術始終未獲突破，目前市場上并沒有可商用的高空風能發電機投入運營。各種技術路線都停留在實驗階段。

今年9月底，2010高空風能大會(AWEC)在美國加州舉行，包括廣東高空風能公司在內的20家企業在會上報告了自己的技術。據當時參會的美國得州大學教授廖國鈞介紹：由于采用了與眾不同的技術路線，廣東的這臺樣機在會上報告的各種高空風能技術中，有望最早實現商用。

張建軍在接受《科學時報》記者采訪時也坦言，目前國際上高空風能的技術標準仍是空白，一旦工業樣機和電站示范成功，廣東高空風能技術公司將在高空風能的標準制定方面占有先機。

中國的高空風能資源豐富

高空風能強度很高，是地表風能強度的上百倍。

美國環境和氣候學家Cristina Archer和Ken Caldeira的研究報告指出，高空中蘊藏的風能超過人類社會總需能源的100多倍。

而根據美國國家環保中心和美國能源局的氣候數據，高空風能最好的地點是美國東海岸和亞洲東海岸。這其中就包括中國。

Archer在本次北京的研討會上分析指出，全世界的陸上風能都不能保證長期穩定，但是在萬米高空，全世界有一半的地區，其中包括中國絕大部分地區都能保證95%的時間有穩定的風。

美國國家海洋和大氣管理局公布的實測數據顯示，我國上空的高空風能資源非常豐富。

2009年，北京市上空百米高度的平均風速是4.1米/秒，能量密度是78瓦/平方米；700米高度的風速是7.3米/秒，能量密度430瓦/平方米；而在萬米高度，風速達到34.5米/秒，能量密度則上升到16275瓦/平方米。青島的條件則更好：100米高度風速5.5米/秒，能量密度194瓦/平方米；700米高度風速7.5米/秒，能量密度470 瓦/平方米；萬米風速40.8米/秒，能量密度高達22584瓦/平方米。

Archer由此得出結論：高空風能能量很大，中國的高空風能條件尤其好，不僅風力強，而且分布廣，大部分地區都具有發展高空風電的氣候條件。

由于高空風的穩定性，高空風能發電技術的另一大優勢就是電場可以建在主干電網附近或者大城市周邊，而不像傳統風電場多位于遠離發達城市和主干電網的偏遠地區。

Archer同時指出，在現在的電量需求規模下，發展高空風電對氣候和環境幾乎沒有影響。

在對比各種能源形式的優劣時，Archer指出，能源發展形式必須多樣化，而高空風能是對傳統能源和其他可再生能源的一種很好的補充。

參會的美國工程院院士鮑亦和也指出，向海上和高空發展是未來風能發展的趨勢。

突破技術瓶頸

高空風能的概念在170年前就已提出，但至今這個愿景仍然只是方案。

進入新世紀以來，歐美國家一些公司為高空風能技術的研發投入巨資，如谷歌公司于2006年投資1000萬美元支持Makani Power的研發，到2008年，投資又增至2000萬美元。

2009年在美國加州舉行了全世界第一次高空風能大會，結果出乎主辦方意料，大會居然吸引了60余人、10余家企業參加。而到2010年的大會，參會人數增至140人，企業達到20家，其中不乏太平洋煤氣電力公司這樣的大企業。

不過，到目前為止，高空風能發電技術的規模化應用還未形成。

究其原因，有兩大技術難題在阻礙高空風能的發展：一是高空風能收集、轉換所需要的輕質高強度材料難以獲得；二是保證空中部分穩定性的控制技術一直沒有突破。

據國際華人科技工商協會主席李大西介紹，近幾年來，隨著科技進步，高空風能發電所需的耐磨、耐化學腐蝕、抗紫外輻射的輕質高強度材料已經能從市場上獲得，其中不乏很多中國企業生產的高品質材料。

因此，目前制約高空風能發展的突出問題集中在控制技術上。

高空風能發電是在高空中收集風能，將風能轉化為機械能，然后通過拉繩帶動地面的發電機將機械能轉換為電能。

目前高空風能發電的主流技術是風箏型發電系統。在這種系統中，風箏作為風能采集器將高空風能轉化為機械能，同時，風箏還是平衡器，保持系統穩定。但這種系統的最大問題就是，平衡運動與做功運動相互耦合、相互影響，很難設計出平衡與做功的最佳控制模式，系統復雜，持續性和穩定性難以保障。

廖國鈞表示，之所以認為廣東高空風能技術的天風技術最有希望，就是因為這種技術另辟蹊徑，將做功系統和平衡系統分開控制，因此系統大大簡化，突破了系統空中控制的技術瓶頸。

瞄準標準空白

“幾年前我打死也不信，沒想到他堅持了幾年現在居然成功了。”張建軍的合作伙伴這樣描述廣東高空風能技術公司的發展歷程。

張建軍的成功源自他拋開了主流的風箏型發電系統，而采用傘梯結構。

天風技術的傘梯由做功傘和控制傘兩部分構成，分別起做功和升力平衡兩個作用。上部平衡系統由一串傘和一套控制系統組成，下部由一個或多個做功傘組成，做功傘在軌道上滑動，拉動地面發動機轉動發電。

這兩部分以特殊的方式連在一起，但又相對獨立，在風的隨機擾動下，平衡系統可以自我調節而不影響做功，做功過程中對系統的擾動也不會直接傳遞到平衡系統，從而保證了做功的穩定進行。

另外，系統采用模塊組合結構，通過調整系統運行高度和改變模塊數量，能夠實現發電功率在10~1000兆瓦范圍內變更。這也就徹底顛覆了風電是“垃圾電”的固有觀念。

張建軍解釋道，控制開幾個傘可對發電量進行粗調，而控制單個傘張開的面積可以對發電量進行細調，從而使整個發電系統根據負載調整到需要的瓦數，通過控制系統能夠實現功率恒定輸出。

據悉，從今年1月份以來，張建軍的研究團隊就埋頭做樣機。天風一號系統樣機經過運行實驗，已成功發電，整體性能基本達到設計要求。

4月底完成的天風二號系統是一套2兆瓦的樣機，由4組傘組成，相互銜接，并配備超級電容調節，使得功率輸出更為穩定。

目前，天風技術已經在中國和美國申請了發明專利。張建軍的下一步計劃是希望在示范電站的運行中繼續發現問題，進行改進，證明系統的可行性和可靠性。

據李大西介紹，采用天風技術建設的高空風電場，無須建造塔筒及葉片，采用模塊組合很容易實現規模效應，因此項目建設造價可低于常規風電場。同時采用模塊組合結構，發電場功率可達到1000兆瓦，實現發電成本低于0.3元/度。

不過，由于目前我國600米以上的高空空域沒有放開。張建軍的實驗都是在低于500米的空域內進行的。

張建軍表示，如果300~500米能工作，更高的高空肯定更好，因為高空的風力更穩定，比地面更容易控制。

一位來自投資公司的投資人指出，目前天風技術在我國實現產業化面臨的首要問題就是高空空域管制和國家電網接入。

他同時指出，這兩個問題在國外都不存在，因此天風技術可以向全球發展。

由于沒有成熟的技術，目前在世界范圍內這個領域的標準都是空白。國外公司雖然對高空風能的研究早，但一直沒有突破，而廣東高空風能技術公司由于一上來就有了好的思路，沒走彎路，發展速度甚至更快。

張建軍希望在示范成功的同時建立起一整套產業標準，搶占國際市場的制高點。