2024中國可再生能源大會(huì)：大型傘梯式陸基高空風(fēng)力發(fā)電技術(shù)研究

第十九屆中國可再生能源大會(huì)大型傘梯式陸基高空風(fēng)力發(fā)電技術(shù)研究楊臥龍中國電力工程顧問集團(tuán)有限公司2024年8月 2傘梯式陸基高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)3技術(shù)進(jìn)展 4挑戰(zhàn)與展望3/24技術(shù)背景雙碳目標(biāo)：2030年碳達(dá)峰、2060年碳中和1990-2022年我國GDP及一次能源消費(fèi)變化情況我國能源加速轉(zhuǎn)型下的電源裝機(jī)結(jié)構(gòu)途徑加快風(fēng)電等新能源對(duì)化石能源的規(guī)模替代，途徑4/24技術(shù)利用高空風(fēng)資源進(jìn)行發(fā)電，風(fēng)能利用高度可達(dá)300～10000米高空風(fēng)功率密度大高空風(fēng)功率密度大、風(fēng)向穩(wěn)定 高度：300-10000米資源量豐富：高空風(fēng)資源的儲(chǔ)量為全球用電量的100倍以上。功率密度大：功率密度與風(fēng)速的立方成正比，高空風(fēng)功率密度是近地面風(fēng)功率密度的幾倍到幾十倍。風(fēng)向風(fēng)速平穩(wěn)：500～10000米，高度越發(fā)電時(shí)間超過95%，年發(fā)電時(shí)間高達(dá)6500h以上。高空風(fēng)能高空風(fēng)能開發(fā)潛力巨大，高空風(fēng)電開辟風(fēng)能利用新賽道，是全球能源轉(zhuǎn)型的重要組成。技術(shù)背景飛行組件，牽引組件，發(fā)電機(jī)和地面設(shè)施四部分組成；根據(jù)發(fā)電機(jī)位置，分為陸基和空基兩種技術(shù)路線。陸基高空風(fēng)電空中設(shè)備重量輕，安全風(fēng)險(xiǎn)低，大型化、規(guī)?；瘍?yōu)勢(shì)明顯 2傘梯式陸基高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)3技術(shù)進(jìn)展 4挑戰(zhàn)與展望7/24傘梯式陸基高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)已在安徽績溪完成2.4MW樣機(jī)工程試驗(yàn)（2022年）8/24技術(shù)特點(diǎn)1可通過增加傘的尺寸和數(shù)量相對(duì)容易地提升出力//2由于主要電氣設(shè)備均在地面，空中部分具有高電氣安全性3空中系統(tǒng)功重比較大（約0.5MW/噸） 2傘梯式陸基高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)3技術(shù)進(jìn)展 4挑戰(zhàn)與展望蕪湖試驗(yàn)場(chǎng)績溪試驗(yàn)場(chǎng)蕪湖試驗(yàn)場(chǎng)績溪試驗(yàn)場(chǎng)國重項(xiàng)目順利啟動(dòng)國重項(xiàng)目順利啟動(dòng)100kW625kW2.4MW國重項(xiàng)目立項(xiàng)2010年2010年2015年2021年2024年小試工程試驗(yàn)起步小試工程試驗(yàn)起步權(quán)的技術(shù)路線重點(diǎn)研發(fā)(示范推廣)安徽績溪2×2.4MW高空風(fēng)力發(fā)電示范項(xiàng)目空中組件放飛地面設(shè)備發(fā)電我國首個(gè)兆瓦級(jí)高空風(fēng)力發(fā)電示范項(xiàng)目我國首個(gè)兆瓦級(jí)高空風(fēng)力發(fā)電示范項(xiàng)目國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目空中飛行組件風(fēng)能捕獲機(jī)理氣動(dòng)設(shè)計(jì)優(yōu)化空中飛行組件牽引組件地面組件空地能量傳輸牽引組件地面組件一體化設(shè)計(jì)系統(tǒng)耦合仿真協(xié)同設(shè)計(jì)一體化設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)控制長時(shí)穩(wěn)定協(xié)調(diào)運(yùn)行高效優(yōu)化控制協(xié)調(diào)控制標(biāo)準(zhǔn)體系樣機(jī)研制應(yīng)用驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)體系樣機(jī)研制應(yīng)用驗(yàn)證系統(tǒng)集成系統(tǒng)集成國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目傘組空中牽引纜繩隨向順應(yīng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)變換機(jī)構(gòu)變速機(jī)構(gòu)地面排容繩機(jī)構(gòu)提升傘梯捕風(fēng)能力（風(fēng)能一次利用率≥60%）；提高空-地能量傳輸效率(≥80%）；風(fēng)風(fēng)!實(shí)廠址選擇在內(nèi)蒙、青海等地開展選址工作國內(nèi)高空風(fēng)資源潛力巨大！speedm/s1500m累計(jì)概率%2000m≥1231.734.8≥1421.129.6≥1612.920.8≥187.214.2≥203.88.811223344風(fēng)資源空域場(chǎng)址內(nèi)限制因素場(chǎng)址外限制因素500m高度風(fēng)速大于4m/s，風(fēng)頻80%；正切變；風(fēng)向突變少。機(jī)場(chǎng)凈空影響范圍。影響地面場(chǎng)址確定的限制性因素，包括三區(qū)三線、禁用林地等。影響放飛運(yùn)行的障礙物，包括居民點(diǎn)、架空輸電線路、高大山體等。5極端氣候5極端氣候傘梯式高空風(fēng)電系統(tǒng)簡(jiǎn)圖空中系統(tǒng)優(yōu)化研究傘梯力學(xué)理論模型效率7=拉力系數(shù)提升拉力系數(shù)提升AAA-AA-A傘型設(shè)計(jì)傘型設(shè)計(jì)AA尾渦控制尾渦控制布局設(shè)計(jì)布局設(shè)計(jì)間距傘數(shù)間距傘數(shù)2424地面系統(tǒng)優(yōu)化研究運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換容繩傘梯傘梯系統(tǒng)長時(shí)穩(wěn)定控制20/24標(biāo)準(zhǔn)體系1.行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《高空風(fēng)電項(xiàng)目可行性研究報(bào)告編制規(guī)程》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已獲國家能源局立項(xiàng)2.企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)初稿3項(xiàng)：《高空風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)工程規(guī)劃報(bào)告編制規(guī)程》《高空風(fēng)能發(fā)電場(chǎng)工程可行性研究報(bào)告編制規(guī)程》《高空風(fēng)能發(fā)電場(chǎng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》立項(xiàng)1項(xiàng)：《高空風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源測(cè)量與評(píng)估技術(shù)規(guī)范》3.高空風(fēng)力發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)體系框架共規(guī)劃六類：高空風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)、高空風(fēng)電場(chǎng)施工與安裝、高空風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)管理、高空風(fēng)電并網(wǎng)管理技術(shù)、高空風(fēng)力機(jī)械設(shè)備、高空風(fēng)電電器設(shè)備 2傘梯式陸基高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)3研究進(jìn)展 4挑戰(zhàn)與展望22/24技術(shù)挑戰(zhàn)n做功傘尾渦干涉損失n做功傘尾渦干涉損失n···風(fēng)能一次轉(zhuǎn)換效率n纜繩傳輸能量損失n傳輸構(gòu)型耗散源多n···空-地能量傳輸效率n做功/回收模式n多傘梯協(xié)同精準(zhǔn)控制n·