首次在城市场景完成放飞试验 看一台“空中电站”如何诞生

今天(6日)，全球首台4000米级浮空风力发电系统在湖南岳阳成功试飞。这是4000米级浮空风电系统首次在城市场景完成放飞试验。

随着起飞指令，S4000浮空风力发电系统缓缓升空，开展复杂气流下姿态稳定控制、复杂磁场发电性能等多科目验证。此次完成放飞验证的S4000浮空风力发电系统，长度达到67米，宽40米、高23米，升空海拔可达4000米，输出电压覆盖10千伏至35千伏，设计使用寿命20年。该系统通过充氦浮空平台将轻量化发电模块送至数千米高空，利用高空稳定的风资源持续发电，发出的电再经系留缆绳送回地面。

浮空风力发电系统首席架构设计师 顿天瑞：今天我们更多要测试的是其接网的性能，开着发电机的情况下是否会对电力和姿态稳定性造成干扰。城市试飞考验的是能不能安全、可靠地在市民、人群周边试飞。城市才是耗电的核心区域，最终还是要让供电系统向着人口更密集的区域开始迈进。

高空风能作为尚未规模开发的新能源“无人区”，具有风速高、风向稳定、风能密度大等优势，蕴藏着巨大潜力。目前主要有陆基和空基两种技术路线。陆基把重型发电机留在地面，靠翼伞、浮空器等空中组件牵引缆绳做功；空基则把发电机组随浮空器送上天空，在高空就地发电。S4000浮空风力发电系统今年8月在西北某试验基地完成4000米全流程验证，验证了高原、强紫外线、大温差条件下的极限适应性。

中国科学院空天信息创新研究院研究员 蔡榕：本次城市场景试飞主要是验证整套浮空系统的可靠性，也验证在城市周边真实工况下完成工程交付的可能性和完整性、现场快速部署的能力，打通了研发、试验、运行的关键链路，为适航取证、场景示范铺路，有力推动高空风力发电设备从技术验证走向产业化落地。

“空中捕能”

一台“空中电站”的诞生

一台浮空器飞行器从图纸到升空，要走过设计研发、生产制造、总装集成、内场测试、外场试飞五大核心环节，周期一到两年。在浮空器总装基地，看一台“空中电站”如何从零件变成整机，又靠什么在高空持续发电。

总台记者 李艳君：在浮空风力发电系统岳阳总装车间，锚泊悬停着一台完整的飞行器，其使用量最大的材料是蒙皮，它是直接决定飞行高度、有效载荷和使用寿命的关键材料。

浮空风力发电系统首席架构设计师 顿天瑞：4千米的高空要蒙皮足够轻、足够强，它要用液晶纤维来进行纺织，再往上面放上耐候层，还要在过程中有胶黏层。在保持同样的力学性能的前提之下，我们的重量能达到国外的二分之一。

技术人员告诉记者，扛得住高空紫外线和温差的蒙皮、足够轻的发电机、拉得住又送得回电的系留缆绳，是浮空电站身上最难做的三样部件。发电模块和系留缆绳大量采用复合材料、钛合金等轻量化材料，其中系留缆绳用超高分子量聚乙烯纤维复合芯替代钢缆，抗拉强度是钢缆的3倍、重量只有钢缆的四分之一，既拽得住飞艇，也送得回高压电。材料轻一分，飞得就高一截。总装好的浮空器先在艇库内完成全套精细化调试测试，确认整机状态稳定达标，再出库升空进行实地放飞和发电。

浮空风力发电系统首席架构设计师 顿天瑞：我们改变了电机的排列方式，让它们3个为一组进行发电，还将传统上的直流交流之间的转换装置和电机进行了一体化开发，它们是为彼此而伴生的，每一个都可以做沉默的工作者。

高空风力发电适应能力强

发展潜力大

近年来，随着材料技术、浮空器技术、轻量化电机系统技术的发展，我国高空风力发电技术的价值逐步凸显，也为构建新型电力系统、推动全球能源转型提供了可持续、可再生的解决方案。

目前，我国高空风能开发主要有陆基和空基两种技术路线。岳阳试飞的浮空风力发电系统属于“空基”高空风力发电技术，核心原理是把轻量化风力发电机搭载在浮空器上，利用涵道优势实现空中发电。此外，还有伞梯式“陆基”高空风力发电技术，通过系留气球将缆绳和做功伞升至对应高度，依靠做功伞收放带动地面发电机做往复运动，将高空风能转换为电能。

相关研究表明，6000米高空的风能密度均值是地表风能密度的20倍以上，高空中所蕴含的风能超过目前人类社会能源总需求的一百多倍。相比传统的陆上风电，据测算，高空风电可节约95%的土地，减少90%的用钢量，降低30%的度电成本。高空风力发电适应能力强，可部署于沙漠、沿海、海岛、矿区、山区等场景，不占用耕地与生态用地，出力可随风力条件动态调整。

我国是世界高空风能资源丰富的国家之一，当前我国在高空风能利用领域拥有一系列自主知识产权，全产业链可实现国产化，随着后期发展，将为新型电力系统建设提供重要支撑。