一、google是高空風電先行者
　　目前致力于高空風能發(fā)電的歐美知名公司主要有 WindLift、Makani Power、Altaeros energies 等幾家,這些公司和機構正加快其高空風電技術的商業(yè)化進程,同時還有更多不知名的公司、機構、團隊也在加緊推進高空風電技術研發(fā)項目
　　MakaniPower 方案
　　Makani Power 由 Corwin Hardham, Don Montague, and SaulGriffith 三人于 2006 年在美國加州阿拉米達市成立。2006 年 Makani 獲得了谷歌 1500 萬美元的種子資金、美國高級研究計劃局 300 萬美元的撥款以及其他私人投資,2008 年谷歌公司投資又增加到2000 萬美元。2013 年 5 月,Makani Power 被谷歌公司收購,并入 Google X 部門。Google X 開發(fā)了 Google Glass、無人駕駛汽車、超高空(平流層)Wi-Fi 氣球,以及可以監(jiān)測血糖的“智能”隱形眼鏡等著名產品。
　　Makani Power 已經制造出大型碳復合材料風箏,每個風箏配備 4 臺帶螺旋槳發(fā)電機。在起飛前,這些發(fā)電機作為電動機帶動螺旋槳轉動,作為風箏上天的動力。風箏起飛后就能在風中飛行,飛行所產生提升力很快就是能使風箏在不需要其他助力下前行。一旦靠風帶來的推力能和螺旋槳產生拉力平衡,此時,螺旋槳風力發(fā)電機的葉片了,發(fā)電機將開始產生電力。風箏的飛行電腦將引導風箏被繩索牽引沿著弧線飛行,不斷圍繞地面基站轉圈。
　　Makani Power 在研發(fā)特大功率風箏渦輪發(fā)電機,其利用翼狀風箏收集高海拔風能的試驗已實現的發(fā)電成本是使用風力渦輪發(fā)電的 50%。2012 年,Makani 推出了額定功率 30 千瓦的自動飛行控制系統原型。他們的工程師們宣稱這個系統在不同的風力條件下都能滿足設計預期。目前,Makani 正在研發(fā)功率為600 kilowatt 的 M600 產品,M600 將是 Makani 第一個商用化產品,可以為 300 戶家庭提供基本用電。
　　WindLift方案
　　RobertCreighton 于 2006 年在美國威斯康辛州建立了 Windlift。美國國防部在 2009 年9 月授予 Windlift 開發(fā)產品 8 的合同。產品 8 是一個具有 12Kw 功率的移動可再生能源系統。產品 8 的目的是為了給沖突結束后的發(fā)展中國家戰(zhàn)亂地區(qū)提供能源。
　　Wiindlift 目前的系統使用了一個 90 厘米直徑的滾筒,和一個 60 千瓦發(fā)電機連接,這個發(fā)電機最初用于混合動力汽車。風箏通過拉動繩索轉動滾筒帶動發(fā)電機發(fā)電,電能存儲到鉛酸電池里,然后通過控制線使風箏釋放拉力,在這個過程中,反過來通過電力帶動電機,反轉滾筒并再次拉緊風箏。
　　目前,Windlift 系統仍為半自動運行系統,需要一位操作員手動操作控制桿來飛行機翼。Windlift 正在研發(fā)全自動運行系統。
　　Altaerosenergies 方案
　　阿爾泰羅能源公司成立于 2010 年,是由麻省理工學院(MIT)和哈佛大學(HarvardUniversity)校友成立的。2012 年,研究小組完成測試了 35 英尺尺寸的空中風力發(fā)電機樣機,是在緬因州(Maine)利姆斯特(Limestone)測試的。
　　Altaerosenergies 公司的高空風能發(fā)電系統被稱為 BAT(Buoyant Airborne Turbine), 結合了飛艇與風電渦輪機。該系統由四個部分組成:第一部分為殼,殼由工業(yè)紡織物構成,里面充滿惰性氣體氦氣,殼的作用是用來帶渦輪機飛上天,并且讓渦輪機在高空保持穩(wěn)定;第二部分為渦輪機,渦輪機為傳統的輕量型的三葉風能渦輪機,渦輪機被垂直固定在殼內;第三部分為纜繩,纜繩本身具有高強度、比重極輕的特性,纜繩與地面工作站相連,用來固定住渦輪,同時纜繩也被用于把電力傳送到地面工作站;第四部分為地面工作站,地面工作站是移動的,包含自動控制系統和電源調節(jié)設備。
　　BAT 工作過程為,充滿氦氣的殼帶著渦輪機飛上天,到風能能量密度足夠的高空,然后固定住,渦輪機開始利用風能進行發(fā)電,通過纜繩把電力傳回地面工作站。
　　天風技術方案
　　天風技術方案由廣東高空風能技術有限公司創(chuàng)造性地提出。廣東高空風能技術有限公司由留美博士張建軍于 2009 年回國在廣州建立。高空風能是目前國內唯一從事300-10000 米高空風能發(fā)電技術研發(fā)、發(fā)電系統設計和高空風能發(fā)電站建造等業(yè)務的企業(yè)。以張建軍博士為首的高空風能技術團隊成員,專業(yè)技術涵蓋了流體物理、精密機械制造、機電控制、無線電通信、智能傳感、聯網技術、軟件工程及自動控制等。
　　天風技術方案由空中系統和地面系統的各自組成?？罩邢到y由一個或數個做功傘、若干平衡傘組成;地面系統主要是由發(fā)電機、卷揚機(滾筒和反向轉動電機)和萬向滑輪組成;傘之間、做功傘與卷揚機之間是通過輕質高強度纜繩連接。
　　空中系統上升到預定起始高度后,做功傘接收到打開指令,傘體打開,在風力作用下，做功傘向上運行,并通過纜繩拉動卷揚機滾筒轉動,(此時反向轉動電機不開動，電磁離合器處于脫離狀態(tài)),卷揚機滾筒的轉動通過聯軸器、制動/離合裝置而帶動發(fā)電機轉子轉動,從而實現發(fā)電。上行到預定高度或行程后,做功傘接收到閉合指令,傘體閉合，此時風阻力大大減少,同時反向轉動電機啟動,電磁離合器處于接合狀態(tài),卷揚機高速反轉,通過纜繩拉動做功傘快速向下運行;做功傘回至起始高度,卷揚機停轉,做功傘再次打開,開始新一輪上升做功。
　　天風技術傘梯組合型高空風電機組創(chuàng)造性地解決了高空風能發(fā)電系統不穩(wěn)定的問題。這也是國外 Makani 公司與 Windlift 公司產品尚未完全解決的問題。
　　天風技術摒棄了其他高空風能發(fā)電技術采用風箏采集風能,以及將升力平衡系統和做功系統混合為一的做法,而是采用全新的傘梯組合風能采集技術,同時將升力平衡系統和做功系統分開、分別控制,很好地解決了高空風能采集穩(wěn)定性這一重大技術問題,解決了系統空中部分控制的技術瓶頸。同時,天風技術高空風力發(fā)電系統采用模塊組合結構,系統運行高度與發(fā)電規(guī)?？梢愿鶕枨筮M行優(yōu)化,實現發(fā)電功率在 10 ~ 1000 兆瓦范圍內變更。
　　天風技術中,升力平衡系統與做功系統是分開、分別控制的。平衡系統在風的作用下產生升力,維持整個系統在空中的平衡,本身不參與做功,所以這種平衡系統是一種穩(wěn)定系統。做功系統在風的作用下運動,將風能轉換為機械能,拉動地面的發(fā)電機轉動發(fā)電。由于做功系統和平衡系統的相對獨立,在風的隨機擾動下,平衡系統可以自我調節(jié)而不影響做功。做功過程中對系統的擾動也不會直接傳遞到平衡系統,所以平衡系統在整個運行過程中都處于穩(wěn)定狀態(tài),從而保證了做功的穩(wěn)定進行。
　　用天風技術建設的高空風電場項目,可以獲得穩(wěn)定性高的風電輸出,一改目前常規(guī)風電穩(wěn)定性低的“垃圾電”現象。采用天風技術建設的高空風電場,無需建造塔筒及葉片,由于風電系統采用模塊組合結構而容易實現規(guī)模效應,因此項目建設造價可低于常規(guī)風電場。采用模塊組合結構,高空風電場的發(fā)電功率可達 1000 兆瓦,實現的發(fā)電成本低于 0.30 元 / 千瓦時。
　　目前高空風能研發(fā)的最新產品-2.5 兆瓦雙軸異步雙傳動高空風能發(fā)電機組。首臺機組年內將在安徽蕪湖安裝,將會是世界上首臺實用性大功率高空風能發(fā)電系統。