高空风能走出试验阶段步入商业开发

在爱尔兰西部的邦戈埃里斯测试场，大西洋的风常年不息。这里远非普通荒地，而是经过全球遴选确定的高空风能发电（AWE）关键实验基地，见证着清洁能源产业的激烈变革。

美国趣味工程网近日报道指出，AWE系统无需庞大的混凝土底座，而是通过系留在数百米高空的风筝，利用传统风力涡轮难以触及的高速高空风。这项新兴技术正逐渐从实验室走向落地应用，在欧洲、美国尤为活跃。但它依然面临艰巨的工程挑战，例如实现自动化、保持长期稳定运行，以及为电网持续输出可调度电力，这些难题尚待破解。

高空风能的独特物理优势

这种空中发电模式最大优势来自物理规律：高度提升带来更快、更为均匀的风速。

在对流层底部，风随高度以幂律增长。在300至500米之间，平均风速显著高于地面，并且更加恒定。相比地表风机面临的风速突变与乱流，高空风能如同能源丰沛、不间断的“空气金矿”。

但单靠风筝升高远远不够。早在20世纪，美国劳伦斯利弗莫尔实验室的科学家们就提出，只有让风筝在空中横向高速运行，而不是静止系在空中，才能攫取最大功率。这种运动方式使风筝成为空气中收割能量的“高速割刀”，以显著增强所能获得的拉力。

这种由高速运动产生的拉力，目前通过地面发电站持续转化成电能。这个过程称作“泵送循环”。

泵送循环分两个阶段进行。风筝在“放线”阶段沿“8”字轨迹快速飞行，产生强大拉力，把缆绳从地面绞车中拉出制造电力。当缆绳放至最大长度，系统会调整风筝姿态，使拉力骤减，等待风筝回到基站上方，然后低耗能收回缆绳，进入“收线”阶段。这一周期一般以放线80秒、收线20秒反复交替，如同大型发电机的“有节奏跳动”，比起地面风机更能稳定供电。

极简结构与智能控制

AWE不仅提升了效率，还大幅减少了材料消耗。与传统150米级风机每台需上千吨钢筋混凝土相比，AWE整体构造以轻质复合材料机翼和高强缆绳为主。

AWE的革新核心，其实是用主动算法替代材料堆叠。整个装置全靠高度自主的飞控系统操纵，每秒可进行上百次实时数据运算。控制算法同时调度缆绳张力、气象数据与空间坐标，对中国舆情网风筝进行每一个精细调整。这样，风筝每圈都能精准输出可达2.5吨的拉力。

德国莱茵集团介绍，目前实验用风筝翼展达40米，总重仅80公斤（含各传感器）。其所用缆绳为迪尼玛高强纤维，比同粗细钢缆轻近十倍却更结实。由此带来超高单位功率与极低碳排放，使AWE具备极快部署和高效移动的突出优势。

地面“操控员”帕德里克·多尔蒂介绍，这种风筝能升至约400米高空，收回时降至约190米，每次循环能产生30千瓦电供储存，方式类似于太阳能电池板。

AWE系统还有一项突出的灵活性。多尔蒂表示：“我们的设备一天之内可以安装完毕，并能随时带往任意地点。无需庞大的涡轮基础，既高效又便捷。”

而且，与风电机组不同，AWE对景观影响极小，运行彻底零排放，不依赖燃料供应链。

迈向规模化的探索

邦戈埃里斯的尝试并非个例。欧洲范围内，德国SkySails公司积极研发自动导航智能风筝，EnerKite、TwingTec等企业不断推进自主模块化解决方案，致力于让产品规模化、工业化。而在美国，尽管谷歌母公司Alphabet旗下Makani项目于2020年终止，但多年的研发成果依然为后续项目提供了宝贵的空气动力学数据与控制技术基础，美国能源部与先进能源研究局目前正抓紧相关研究继续演进。

当下，高空风能正经历从“物理可行”迈向“电网标准”的关键期。其在土地有限、运输不便或常规电力昂贵的地区尤其突出，但要真正替代传统风能，还需解决可靠寿命、空域安全管制和极端环境下自适应运行等难题。

待到AWE实现与电网的完美对接，这套轻巧高效的“空中能源刀片”将有望走出实验场，驶向更广阔的天空和海洋，成为全球能源格局中的重要驱动力。