各路资本纷纷进军高空风电领域

在产业领域，高空风电仍然是嗷嗷待哺的婴儿。在资本领域，国内外各路资本早就对高空风电项目虎视眈眈，这也从很大的程度上促进了高空风电发电行业发展。从这些企业的技术轨迹上也可以一窥高空风电产业未来的发展方向。目前致力于高空风能发电的欧美知名公司主要有WindLift、Makani Power、Altaeros energies等几家，各家的方案也不尽相同。 谷歌入股Makani Power 2006年MakaniPower获得了谷歌1500万美元的种子资金、美国高级研究计划局300万美元的拨款以及其他私人投资，2008年谷歌公司投资又增加到2000万美元。2013年5月，Makani Power被谷歌公司收购，并入Google X部门。 Makani Power已制造出大型碳复合材料“风筝”，每个“风筝”配备4台带螺旋桨发电机。在起飞前，这些发电机作为电动机带动螺旋桨转动，作为风筝上天的动力。风筝起飞后就能在风中飞行，飞行所产生提升力很快就能使风筝在不需要其他助力下前行。一旦靠风带来的推力能和螺旋桨产生拉力平衡，此时，发电机将开始产生电力。风筝的飞行电脑将引导风筝被绳索牵引沿着弧线飞行，不断围绕地面基站转圈。 不过，上述产品的成本显然还有进一步压缩空间。根据Makani Power自身针对特大功率风筝涡轮发电机的研发，其利用翼状“风筝”收集高海拔风能的试验，已实现的发电成本是使用风力涡轮发电的50%。 KiteGen高空风筝发电MARS系统 为克服传统风力发电受场地和风向风速因素影响较大等诸多缺点，意大利KiteGen科技公司将目光投向高空风能，并开发出全新的MARS(Magenn AirRotor System)系统。 MARS系统主要由高空的拖曳风筝和地面的发电设备两部分组成。拖曳风筝和地面的风力涡轮机相连，并通过安装在发电设备上的航空感应器来控制风筝旋转的方向和路径，以最大限度带动风力涡轮机旋转并发电。 与传统风力发电相比，MARS系统拥有无可比拟的优势：能从高空获得稳定风能。“风筝”飞行高度越高，所获平均风速就越大，发电效率也就越高，而传统风力涡轮机最高平均高度只有100米左右。 MARS系统不仅发电效率高，占用的空间和面积也非常小。一般来讲，一个发电能力为1000兆瓦的传统风力发电厂所用面积约在250到300平方公里之间，而使用MARS系统的发电厂只需5到6平方公里就可达到同等发电能力。此外，MARS系统每千瓦小时的发电成本约为0.02美元到0.05美元，而石化能源每千瓦小时发电成本在0.05美元到0.09美元，传统风力发电厂成本则为0.15美元。 对于还处于测试阶段的MARS系统，上述优势也许预示着广阔的前景。 Windlift仍需研发全自动运行系统 Windlift由Robert Creighton于2006年在美国威斯康辛州建立。美国国防部在2009年9月授予Windlift开发产品的合同。该产品是一个具有12Kw功率的移动可再生能源系统。 Windlift目前的系统使用了一个90厘米直径的滚筒和一个60千瓦发电机连接，这个发电机最初用于混合动力汽车。风筝通过拉动绳索转动滚筒带动发电机发电，电能存储到铅酸电池，然后通过控制线使风筝释放拉力。这个过程还会反过来通过电力带动电机，反转滚筒并再次拉紧风筝。 但需要指出的是，Windlift的上述成果仍为半自动运行系统，需要一位操作员手动操作控制杆来飞行机翼。该公司目前正在研发全自动运行系统。 软银入股Altaeros Energies Altaeros Energies公司的高空风能发电系统被称为“结合了飞艇与风电涡轮机”(BAT)。该系统由四个部分组成：第一部分为壳，壳由工业纺织物构成，里面充满惰性气体氦气。壳的作用是用来带涡轮机飞上天并让涡轮机在高空保持稳定;第二部分为涡轮机，涡轮机为传统的轻量型的三叶风能涡轮机，涡轮机被垂直固定在壳内;第三部分为缆绳，缆绳本身具有高强度、比重极轻的特性，缆绳与地面工作站相连，用来固定住涡轮，同时缆绳也被用于把电力传送到地面工作站;第四部分为地面工作站，它是移动的，包含自动控制系统和电源调节设备。 BAT工作过程为，充满氦气的壳带着涡轮机飞上天，到风能能量密度足够的高空后固定住，涡轮机开始利用风能发电，通过缆绳把电力传回地面工作站。 2014年12月4日，软银宣布将投资700万美元，支持Altaeros Energies发展高空风力发电。 中路股份[-0.05%资金研报]入股广东高空风能 继以3000万元增资入股广东高空风能技术有限公司后，中路股份去年12月发布公告称，拟以人民币4049.15万元受让公司实际控制人陈荣持有的广东高空风能50.005%股权。同时，拟对高空风能增资人民币3000万元，本次交易完成后，公司将持有高空风能58.041%的股权。通过这两次资本运作，中路股份也成为A股市场高空风电的唯一标的。 广东高空风能技术有限公司由留美博士张建军于2009年回国在广州建立，是目前国内唯一从事300米-10000米高空风能发电技术研发、发电系统设计和高空风能发电站建造等业务的企业。以张建军为首的高空风能技术团队成员，专业技术涵盖了流体物理、精密机械制造、机电控制、无线电通信、智能传感、联网技术、软件工程及自动控制等。 高空风能公司采取天风技术方案，由空中系统和地面系统组成。空中系统由一个或数个做功伞、若干平衡伞组成;地面系统主要由发电机、卷扬机(滚筒和反向转动电机)和万向滑轮组成;伞之间、做功伞与卷扬机之间是通过轻质高强度缆绳连接。 天风技术伞梯组合型高空风电机组解决了高空风能发电系统不稳定的问题。这也是国外Makani公司与Windlift公司产品尚未完全解决的问题。 天风技术中，升力平衡系统与做功系统是分别控制的。平衡系统在风的作用下产生升力，维持整个系统在空中的平衡，本身不参与做功，这种平衡系统是一种稳定系统。做功系统在风的作用下运动，将风能转换为机械能，拉动地面的发电机转动发电。 由于做功系统和平衡系统相对独立，在风的随机扰动下，平衡系统可以自我调节而不影响做功。做功过程中对系统的扰动也不会直接传递到平衡系统，平衡系统在整个运行过程中都处于稳定状态，从而保证了做功的稳定进行。 长江证券[0.08%资金研报]研究报告指出，用天风技术建设的高空风电场项目，可以获得稳定性高的风电输出，一改目前常规风电稳定性低的“垃圾电”现象。采用天风技术建设的高空风电场，无需建造塔筒及叶片，由于风电系统采用模块组合结构而容易实现规模效应，项目建设造价可低于常规风电场。采用模块组合结构，高空风电场的发电功率可达1000兆瓦，实现的发电成本低于每千瓦时0.30元。