天上有个大风车

高耸在地面上的成群风力发电机已经没什么稀奇，现如今工程师们正在研究如何能以更灵活更高效的方式从风力中提取电能。一个颇具创意的灵感就是设法把风力发电机送到天上去，打造一部飘行空中的“大风车”。

当前广泛使用的高塔式风力发电机虽然很不错，但也有一些固有的缺点。首先就是它们的建造成本很高，而且是固定不动的，选址成为建造的关键，必须选在常年盛行大风的地点，虽然这些风机可以根据风向的变化调整方向，但在风力极弱或无风的时段仍然无计可施。此时，这些固定风机的高度成了“能力天花板”——事实上在更高的高度上，空气仍在以相当高的速度“狂奔”，只不过固定风机的塔式基座够不到罢了。固定式风机的另一个缺点在于它们的建设周期较长，需要在现场建造基座和塔身，然后再把巨大的风机和奇长的叶片从遥远工厂经过艰难陆路运输送来，利用重型吊装机械组装起来。也就是说，如果你要在某个地方急需建立风力发电设施，依靠固定式风机肯定来不及。那么，有没有其他的方法呢？浮空式风力发电机就是工程师们提出的解决方案。

传统风机的塔座不能无限增高，那么就把风机搬到天上去。工程师们想到了飞艇。飞艇依靠氦气或氢气的静浮力升空，升空活动本身不消耗能源，费用较低。如果把风机和飞艇组合在一起，应该是个好办法。但是问题没那么简单，飞艇必须设计成环管状，内设中空涵道（有些带有中央锥），风力发电机就装在中央，涵道可以通过流管效应提升风速，增加风能利用率。飞艇式的浮空囊体也很有门道，囊体材料必须足够轻巧坚固，能经受高空强风的折磨，内部只能使用氦气，确保整个系统的安全性。囊体外形需要进行气动优化，配备稳定系统，保证能在系留条件下的稳定悬浮，为发电提供合适的作业环境。置于涵道内部的风机叶片长度不可能如地面风机那般张扬，只能在有限的局促空间内工作，这就要求风机叶片具备极为高效的气动外形，发电机组也必须在轻量化和高效化之间进行反复优化。最后，还要给这套空中发电系统配上智能系缆和地面控制站，缆索除了起到牵引固定作用外，还负责传输电力，地面控制站则随时监控和调整风机状态。总之，问题不像看起来那样容易。

中国工程师们在解决这些问题的道路上走得很快。1月5日，四川宜宾，一具奇特的浮空式飞行器以系留方式被放飞到空中。虽然看起来很像飞艇，但它并不是观光飞行器，而是北京临一云川能源技术有限公司(临一云川)研制的兆瓦级S2000浮空风力发电系统。它的使命，就是到高空去完成与疾风的一次约会，尝试把风力转换为电能并传回地面。S2000长60米、宽40米、高40米，外形魔幻颇像飞艇，试飞活动中，随着系留索具不断释放，S2000经过约30分钟爬升，顺利到达2000米高度，实现稳定悬停。内部的风机叶片在风力推动下高速旋转，带动发电机输出电能，累计发电385千瓦时，电力通过系留线缆实现下传，成功完成了并网发电测试。评估显示，全系统的升空高度、发电功率、升阻比等主要参数均达到预期目标。这次试飞刷新了该公司自身保持的飞行高度、发电功率、并网测试和应用场景等4项行业纪录，中国浮空风电系统向工程应用迈出了重要一步。这次牛刀小试的S2000并未“火力全开”，总体积近20000立方米的S2000最大额定功率可达3兆瓦，如果集群使用，可以形成可观的发电产能。目前，S2000已启动小批量生产，多个沿海城市及高海拔地区都与研制方签订了意向协议。

S2000是多单位联合技术创新的成果。临一云川研发团队联合清华大学、中国科学院空天信息创新研究院等科研机构，相继攻克浮空器稳定性、轻量化电机、千米级高压输电等难题。2024年10月，S500率先升至500米，发电功率达到50千瓦。2025年1月，S1000升至1000米，发电功率达到100千瓦。如今S2000正在挑战2000米高度和兆瓦级功率，下一代S4000、S6000正同步推进，其中S6000将挑战平流层浮空风电关隘。

灵活性是浮空式风力发电系统的最大优势。虽然地面上风力在时间空间上的分布差异极大，但一旦进入高空，强风就呈现出广泛而稳定的分布态势。只要你能把风机送到这个高度，那么就能随时提取可观的电能。按照设计，中国的浮空电站还能“打包带走”，整个系统将实现“集装箱化”，可以快速运送到作业现场，仅需4—8小时就能充气升空，成为可以快速部署启用的“超级充电宝”，在灾害救援等应急场景下，为通讯网络和救援器材提供电力保障。