薛偉傑：內地成功測試浮空式風電機 升至1500米高空發電

【明報專訊】風電是其中一種主要的可再生能源。但受制於地面風速低兼且不穩定，安裝在陸地的風電機的發電效率不高，電力時有時無。因此，不少公司都正在改弦易轍，研究利用高空較高的風速，令發電效率比地面風電站高出多倍。最近，內地就成功測試了一種浮空式風力發電系統。綜合內媒報道，9月19日至21日，由北京臨一雲川能源技術有限公司自主研製的浮空式風力發電系統S1500，在新疆哈密市的淖毛湖基地順利完成了戈壁工况總裝、構形保壓測試、在晝夜強風收放等一系列預定試驗科目，標誌着全球第一部兆瓦級商用空中風力發電系統首次試飛成功，為中國「向天空要電」邁出關鍵一步。

S1500長60米、寬40米、高40米，外型好像一般的氦氣飛艇，但卻是用來發電，乃現時全世界最大的浮空式風力發電系統。它的主氣囊和環形翼之間形成了一個巨型的涵道，內裡安裝了12部風力發電機組，每部的額定功率為100千瓦（100kW），合共達到1.2兆瓦（1.2MW）。這些風力發電機組利用高空中穩定的強風來驅動扇葉旋轉發電，再透過繫留的線纜將電能穩定地輸送會地面。據悉，該公司的研製工作，是得到清華大學和中國科學院空天信息創新研究院（AIR）的支持。因此，研究人員掌握到浮空器穩定性、超輕型風力發電機以及千米級高壓電纜等關鍵技術，令大型浮空式風力發電系統得以面世。

高空風能：龐大資源 有待開發

而該公司之前研製的兩個原型S500和S1000，亦為S1500奠定了基礎。2024年10月，S500就上升至湖北省上空大約500米（1640呎），每部風力發電機組的輸出功率超過50千瓦。3個月後，S1000再上升至大約1000米（3281呎）高，每部風力發電機組的輸出功率翻倍至100千瓦。這些循序漸進的進展，有助於驗證在高空收集風能的概念。

研究人員指出，距離地面500米至1500米的空域的氣流，比地面風更強勁、更穩定。這些高空風力資源豐富、廣泛可用。（若以航空業的空域分類來說，其實屬於低空）根據物理學的原理，任何流體（包括氣體和液體）蘊藏的能量，都是和它的流速的3次方成正比例。因此，當高空的風速是地面的2倍時，它蘊藏的能量就是地面風的8倍；當高空的風速是地面的3倍時，它蘊藏的能量就是地面風的27倍。

這種指數級增長，令浮空式風力發電系統比傳統的陸基風力發電系統產生更多電力，以及大幅減少因為風速太低而不能發電的時間。而且，有別於安裝在地面的傳統風力發電系統，S1500毋須建造巨型的塔架和深層的地基。估計這可以減少40%的材料使用量，以及將風力發電的每度電成本降低30%。此外，S1500整部裝置還可以在數小時內快速轉場，非常適合在沙漠、島嶼、礦場等偏遠地區和災區快速部署使用。

北京臨一雲川能源技術有限公司域計劃，利用這個平台來快速回應災害。因為這種系統可以在地震、風災或水災發生之後，迅速在災區上空部署，為照明、無線電通訊和救援等設備提供電力。內地官方亦早就注意到在高空中風力發電的潛力。國家發展和改革委員會公布的《能源技術革命創新行動計劃（2016-2030年）》就表明，要在2016年至2030年期間優先研發大型高空風力發電系統。

「向天空要電」有多種方案

其實，過去幾十年，科研人員構思過的「向天空要電」的方案，至少有好幾個。例如，以太陽能來說，就有所謂「天基太陽能」（Space-based Solar Power）。即是將巨型的太陽能光伏板安裝在人造衛星或者太空站上，利用未經大氣層以及雲霧雨雪遮擋過濾、能量密度更高的太陽光線來發電，然後透過無線方式將電力傳送回地面。但這方案涉及非常高的發射成本，最重要的是，要在這麼遠的距離低損耗地將電力傳送回地面，技術困難極高。雖然有些研發人員認為，可以用微波來傳送電力，但以現時的技術來說，效率應該未如理想。

另一個多個國家都有研究的「向天空要電」方案，也屬於風力發電，但卻是使用一種巨型風箏在空中以8字形飛行，來拉動地面的裝置發電。相對來說，其設計也略為複雜。而浮空式風力發電系統涉及的技術，則最為現成和成熟。

明報記者 薛偉傑

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