据《耶鲁360度环境观察》杂志报道，目前，许多企业正在开发高空风力发电技术，利用大型风筝在距离地面半英里以上的空中收集风能。尽管高空风力发电尚处于起步阶段，但这项技术潜力巨大，有望用于偏远地区发电，也可为离岸较远的海上船舶提供电力。

站在毛里求斯的沙滩上眺望，可以看到空中有一个巨型风帆沿“8”字形轨迹飞行，其大小相当于一套三居室的公寓。这个巨型风帆不是什么旅游景点，而是一种高空发电装置。

2021年12月，德国SkySails Power公司将该风力发电装置升空，这也是全球第一个全自动化商业高空发电装置。该装置发电装机容量约为100千瓦，只能满足约50户家庭的生活需求，就毛里求斯全国用电量来说几乎不值一提。不过，该公司认为，高空风力发电系统投入运营的意义重大，指明了未来能源发展方向。

利用高空强风发电

风能将在世界迈向净零目标的进程中发挥巨大作用。国际能源署（IEA）预测，到2050年，全球风电装机容量将是现在的11倍，风能和太阳能发电将满足全球70%的电力需求。随着全球风电机组数量不断增加，过去10年中，风力发电的成本已大幅下降了约40%。

不过，有专家指出，传统的大型叶片式风力涡轮机并不一定是最佳解决方案。传统风电机组在偏远地区或深水区域的安装难度较大，而且无法达到风力最强的高空。要在高空中采集利用风能，一个可行的解决方法是“放风筝”。数十家企业和研究机构正在研发“风筝发电”技术和设备，其中，既有通过风筝绳的拉力带动地面设备发电的系统，又有在飞行器上搭载涡轮机，通过空气带动涡轮机叶片旋转产生电力并输送到地面的系统。有人提出在远海深水区驳船上“放风筝”进行发电，建设大型“海上风筝发电场”。

欧洲高空风力发电协会理事会成员、意大利米兰理工大学工程师洛伦佐·法吉亚诺指出，空中发电系统相比于传统风力涡轮机有着独特优势。例如，一些国家适合建设风电场的土地越来越少。风电场面积通常要达到71英亩才能建成1兆瓦的发电装机容量，而化石燃料发电厂实现相同的发电装机容量占地面积仅需12英亩。

此外，从风能本身的特点来说，自然是海拔越高的地方风速越快。一般而言，风速提高两倍，发电量可增加8倍。传统地面风力涡轮机通常为200~300米，而高空风力发电系统能在800米高空作业。理论上，全球高空风力发电量约为地面风力发电量的4.5倍。

高空风力发电系统具有安装简便和成本较低的优势。这种装置可以装在集装箱里通过公路或水运运输到任何地方，既可以在陆地上，也可以固定在深水区驳船上发电，而传统风力发电机需要烦琐的前期建设工作。此外，高空风力发电装置的高度可根据当地季节性风速进行调整。

潜力巨大，道阻且长

高空风力发电系统固然不会取代传统风力发电系统，不过大型“海上风筝发电场”的发展潜力巨大。有专家提出，在远离海岸的深水区驳船上建设大型“海上风筝发电场”，可以同时放数百只“风筝”。此外，在一些偏远地区，例如海岛、山区等，可以设置单独的“风筝发电”装置，以满足当地的供电需求。

这些想法已经酝酿了几十年，但在高空通过风筝发电的实践道路却走得并不顺。

2020年，美国科技巨头谷歌收购了一家高空风力发电公司，但该公司由于未能实现高空风力发电系统的经济运行而最终倒闭。德国SkySails Power公司采用的是轻量型的高空风力发电系统，目前已投入商用。

美国能源部2021年提交给美国国会的报告指出，高空风力发电技术确有潜力，且有望实现跟地面风力发电系统一样的发电能力，但这种发电方式要成为主要的电力来源尚有很长的路要走。

从SkySails Power公司的发展历程看，该公司创立于2001年，当时创业思路主要针对的是国际航运业，设想用巨型风筝在海面拉动船只航行，从而大幅减少船舶所需的燃料,这一想法十分超前。当时，该公司设想油价将不断上涨，市场对技术的需求应该很大。然而国际油价于2009、2014年和2020年迎来数轮暴跌，该公司最初的愿景未能实现。随着当前碳减排要求的提高，可再生能源发电技术受到广泛关注。2015年，SkySails Power公司转而聚焦高空风力发电。

多家企业推进研发

SkySails Power公司开发的“风筝发电”系统中，风筝的面积约为150平方米，形状类似降落伞。风筝上不需要安装风力涡轮机，拉拽风筝的绳索也不是电线。发电设施安装在地面，风筝在软件控制下放飞，在空中沿“8”字形轨迹做环绕飞行，以实现最大拉力带动发电机，并用最小的阻力拉动风筝，发电量远大于系统的耗电量。

以上工作原理听起来简单，不过据该公司首席技术官斯蒂芬·布拉贝克透露，他的团队用了7年时间才逐步完善了风筝操控软件。目前，该公司共生产并销售了5套“风筝发电”系统，其中一套安装在毛里求斯。根据当地强降雨、雷雨等天气状况，这套装备所使用的风筝预计每年需要降落14次。由于毛里求斯有时会遭遇飓风，安装传统的风电机组无法保证安全性，而“风筝发电”系统可以在飓风来临前将风筝降落并妥善存放，因此，高空风力发电系统显然更适合当地需求。

此外，地面安装的风力发电机组会影响当地景观，而放飞到天上的风筝不会对地面环境造成这么大的影响。相较柴油发电，高空风力发电的成本也更低。当然，不管是安装在地面的风电机组，还是高空风力发电系统都可能伤害到鸟类。束缚风筝的绳索也可能对小型载人飞行器和无人机的安全构成威胁。如果绳索断裂或导航系统出现故障，“风筝发电”系统也可能会坠落。

SkySails Power公司研制的软翼式风筝坠落对地面造成的伤害可能相对较小，但目前有些企业也在研发硬翼式风筝，这种装置更像滑翔机。虽然硬翼式风筝的发电效率更高，一旦坠毁，后果也更严重，因此更适合应用于海上无人环境。业内人士指出，这种硬式风筝只有在接近民航的安全可靠性后才能广泛投入使用。

高空风力发电还有一种更超前的设想——在硬翼无人机上搭载风力涡轮发电机在高空发电，并通过电缆将电力传输回地面。这种设计能大幅提高发电的稳定性，但实操起来很困难。专业人士指出，这种技术需要研制新式涡轮机。一家名为Makani Technologies的科技公司此前曾开展相关研究，该项目于2013年被谷歌收购，但测试未获成功，经济效益也未得到验证，遂于2020年被关停。谷歌已将该项目有关专利免费公开。

不少企业希望利用谷歌公开的专利，继续在这条路上推进研发或找到更好的解决方案。总部位于荷兰的Kitepower公司在加勒比海地区实施了相关项目试点，总部位于挪威的Kitemill公司也在研发兆瓦级高空风力发电系统。此外，还有一些公司正在开展水下发电研究，希望借洋流的力量推动潜艇在水下沿“8”字形轨迹滑行实现发电。

新技术带来监管空白

随着商业活动的增加，监管方面的挑战也进一步突显。业内人士指出，当前民航和空域监管并未将高空风力发电纳入考量。有人比喻，这种新型技术和监管之间的关系，就好比讨论先有鸡还是先有蛋，实际上需要二者协同并进。在监管状况不明的情况下，新技术融资也会面临更多的障碍和不便。

法吉亚诺指出，当前高空风力发电的首批商业试点已投入运行，从偏远地区实践来看，其成本效率具有相当的竞争力。如果今后此类系统可以大规模部署，则有望提供更多的廉价电力，而问题的关键就在于其能否实现大规模生产部署。 

原标题：“风筝发电”能否成为风电发展新趋势？