2024中国可再生能源大会：大型伞梯式陆基高空风力发电技术研究

第十九届中国可再生能源大会大型伞梯式陆基高空风力发电技术研究杨卧龙中国电力工程顾问集团有限公司2024年8月 2伞梯式陆基高空风力发电系统3技术进展 4挑战与展望3/24技术背景双碳目标：2030年碳达峰、2060年碳中和1990-2022年我国GDP及一次能源消费变化情况我国能源加速转型下的电源装机结构途径加快风电等新能源对化石能源的规模替代，途径4/24技术利用高空风资源进行发电，风能利用高度可达300～10000米高空风功率密度大高空风功率密度大、风向稳定 高度：300-10000米资源量丰富：高空风资源的储量为全球用电量的100倍以上。功率密度大：功率密度与风速的立方成正比，高空风功率密度是近地面风功率密度的几倍到几十倍。风向风速平稳：500～10000米，高度越发电时间超过95%，年发电时间高达6500h以上。高空风能高空风能开发潜力巨大，高空风电开辟风能利用新赛道，是全球能源转型的重要组成。技术背景飞行组件，牵引组件，发电机和地面设施四部分组成；根据发电机位置，分为陆基和空基两种技术路线。陆基高空风电空中设备重量轻，安全风险低，大型化、规模化优势明显 2伞梯式陆基高空风力发电系统3技术进展 4挑战与展望7/24伞梯式陆基高空风力发电系统已在安徽绩溪完成2.4MW样机工程试验（2022年）8/24技术特点1可通过增加伞的尺寸和数量相对容易地提升出力//2由于主要电气设备均在地面，空中部分具有高电气安全性3空中系统功重比较大（约0.5MW/吨） 2伞梯式陆基高空风力发电系统3技术进展 4挑战与展望芜湖试验场绩溪试验场芜湖试验场绩溪试验场国重项目顺利启动国重项目顺利启动100kW625kW2.4MW国重项目立项2010年2010年2015年2021年2024年小试工程试验起步小试工程试验起步权的技术路线重点研发(示范推广)安徽绩溪2×2.4MW高空风力发电示范项目空中组件放飞地面设备发电我国首个兆瓦级高空风力发电示范项目我国首个兆瓦级高空风力发电示范项目国家重点研发计划项目空中飞行组件风能捕获机理气动设计优化空中飞行组件牵引组件地面组件空地能量传输牵引组件地面组件一体化设计系统耦合仿真协同设计一体化设计协调控制长时稳定协调运行高效优化控制协调控制标准体系样机研制应用验证标准体系样机研制应用验证系统集成系统集成国家重点研发计划项目伞组空中牵引缆绳随向顺应机构运动变换机构变速机构地面排容绳机构提升伞梯捕风能力（风能一次利用率≥60%）；提高空-地能量传输效率(≥80%）；风风!实厂址选择在内蒙、青海等地开展选址工作国内高空风资源潜力巨大！speedm/s1500m累计概率%2000m≥1231.734.8≥1421.129.6≥1612.920.8≥187.214.2≥203.88.811223344风资源空域场址内限制因素场址外限制因素500m高度风速大于4m/s，风频80%；正切变；风向突变少。机场净空影响范围。影响地面场址确定的限制性因素，包括三区三线、禁用林地等。影响放飞运行的障碍物，包括居民点、架空输电线路、高大山体等。5极端气候5极端气候伞梯式高空风电系统简图空中系统优化研究伞梯力学理论模型效率7=拉力系数提升拉力系数提升AAA-AA-A伞型设计伞型设计AA尾涡控制尾涡控制布局设计布局设计间距伞数间距伞数2424地面系统优化研究运动转换运动转换容绳伞梯伞梯系统长时稳定控制20/24标准体系1.行业标准《高空风电项目可行性研究报告编制规程》行业标准已获国家能源局立项2.企业标准初稿3项：《高空风力发电场工程规划报告编制规程》《高空风能发电场工程可行性研究报告编制规程》《高空风能发电场工程设计规范》立项1项：《高空风电场风能资源测量与评估技术规范》3.高空风力发电标准体系框架共规划六类：高空风电场规划设计、高空风电场施工与安装、高空风电场运行维护管理、高空风电并网管理技术、高空风力机械设备、高空风电电器设备 2伞梯式陆基高空风力发电系统3研究进展 4挑战与展望22/24技术挑战n做功伞尾涡干涉损失n做功伞尾涡干涉损失n···风能一次转换效率n缆绳传输能量损失n传输构型耗散源多n···空-地能量传输效率n做功/回收模式n多伞梯协同精准控制n·