高空風(fēng)能捕獲技術(shù)正成為全球能源領(lǐng)域的新焦點。我國在這一領(lǐng)域取得突破性進展，北京臨一云川能源技術(shù)有限公司開發(fā)的S1500浮空器在新疆完成首飛試驗，這款采用氣球構(gòu)型的系留浮空器專為空中風(fēng)能捕獲設(shè)計，標(biāo)志著全球首個兆瓦級商用浮空風(fēng)力發(fā)電飛行器正式誕生。與此同時，由中國能建中電工程牽頭的"大型傘梯式陸基高空風(fēng)力發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)及裝備"項目也傳來喜訊，其5000平方米的"空中捕獲傘"啟運內(nèi)蒙古，將開展高空風(fēng)能捕獲技術(shù)測試。
這兩類系留航空器雖形態(tài)各異，卻同屬高空風(fēng)能系統(tǒng)（AWE）的飛行部分。與傳統(tǒng)水平軸塔式風(fēng)渦輪機（HAWT）和垂直軸塔式風(fēng)渦輪機（VAWT）相比，AWE系統(tǒng)展現(xiàn)出獨特優(yōu)勢。其飛行特性不僅為風(fēng)能利用開辟新路徑，更可能成為航空業(yè)減排的重要方案。AWE技術(shù)通過空氣動力（如動力風(fēng)箏）或空氣靜力（如氣球）設(shè)備直接捕獲或轉(zhuǎn)換風(fēng)能，既可提供機械牽引力，也能轉(zhuǎn)化為電力。這一概念可追溯至18世紀(jì)，英國發(fā)明家喬治·波科克曾用風(fēng)箏驅(qū)動越野車，開創(chuàng)了風(fēng)能利用的先河。
近十年來，AWE在發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸顯現(xiàn)。隨著能源需求增長，風(fēng)能已成為可再生能源的重要組成部分，但現(xiàn)有地面風(fēng)能設(shè)備受限于氣候和地理條件，僅能利用少量近地面風(fēng)能。這促使全球多國將目光投向高空風(fēng)能開發(fā)。AWE系統(tǒng)分為空基和陸基兩種發(fā)電模式：空基模式將發(fā)電機安裝在飛行器上，通過系留電纜傳輸電力；陸基模式則利用飛行器飛行產(chǎn)生的動力拉動地面發(fā)電機。從構(gòu)型看，主要分為浮空器型（如系留涵道浮空器）和側(cè)風(fēng)風(fēng)箏型（如固定翼無人機）。
浮空器型AWE中，系留氣球可將發(fā)電裝置送至高空，在風(fēng)力持續(xù)時穩(wěn)定發(fā)電；旋轉(zhuǎn)氣球則通過風(fēng)力驅(qū)動產(chǎn)生動力。但這類設(shè)備需依靠氣體浮力支撐重量，導(dǎo)致體積龐大、收放不便。側(cè)風(fēng)風(fēng)箏型AWE采用軟體或硬體風(fēng)箏，通過特定飛行軌跡產(chǎn)生的空氣動力運行，通常采用8字或螺旋上升軌跡，在線纜拉伸階段捕獲風(fēng)能。這種模式在飛行器回收時需暫停發(fā)電，并消耗部分電能，因此需要平衡發(fā)電/耗電波動。部分系統(tǒng)還將小型渦輪機安裝在固定翼飛機上進行空基發(fā)電，但額外設(shè)備和線纜增加了系統(tǒng)重量，降低了運行效率。
與傳統(tǒng)地面風(fēng)電相比，AWE系統(tǒng)具有顯著優(yōu)勢。全球近地面可開采風(fēng)能資源約428TW，而高空可達(dá)1873TW，是近地面的數(shù)倍。當(dāng)前全球能耗僅為20TW，風(fēng)能資源潛力巨大。2024年全球風(fēng)能裝機容量達(dá)1136GW，但平均日運行時間不足10小時，發(fā)電功率僅達(dá)裝機容量的25%，反映出低空風(fēng)能的不穩(wěn)定性。AWE系統(tǒng)通過纜繩長度調(diào)整飛行高度，可選擇風(fēng)力充沛且穩(wěn)定的區(qū)域，輸出更持續(xù)的電力。其輕量化設(shè)計減少了材料需求，據(jù)研究，某AWE系統(tǒng)可比同等功率的HAWT減少超70%的材料用量，特別是取消了混凝土基座和鋼制塔基，降低了生產(chǎn)端和運輸端碳排放。
我國在AWE領(lǐng)域的發(fā)展勢頭強勁。臨一云川能源技術(shù)有限公司自2023年成立以來，迅速推出三款浮空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)（S500、S1000、S1500）。2024年10月，S500首飛至500米高空，穩(wěn)定發(fā)電50千瓦，打破世界紀(jì)錄；2025年，S1000飛行至1000米高空，發(fā)電功率達(dá)100千瓦，再次刷新紀(jì)錄。最新產(chǎn)品S1500采用40米直徑環(huán)形涵道，內(nèi)置12臺風(fēng)渦輪機，可升至1500米高空，風(fēng)能利用率較傳統(tǒng)系統(tǒng)提升20%以上。該公司計劃未來推出S3000、S6000、S9000型號，目標(biāo)開采3000米至9000米高空風(fēng)力資源，將度電成本降至火力發(fā)電以下。
中國能建也在高空風(fēng)能領(lǐng)域取得重要突破。其承擔(dān)的國家示范項目在安徽績溪建成并網(wǎng)，利用傘梯組合型陸基AWE發(fā)電構(gòu)型，在300米至3000米高空發(fā)電。2025年9月，該公司與臨一云川聯(lián)合打造的氦氣球傘梯組合體在安徽績溪建成，啟運至新疆測試。該系統(tǒng)利用20米級氦氣球?qū)⒍鄠€5000平方米做功傘拉升至3000米高空，通過碳纖維纜繩驅(qū)動地面發(fā)電機組，最大功率達(dá)1兆瓦。做功傘采用新型高強度芳綸纖維材料，僅重2.3噸，飛行依靠雷達(dá)和智能飛控算法控制，可追蹤最強風(fēng)層并規(guī)避航空器。該系統(tǒng)預(yù)計2026年批量投產(chǎn)，每年可減少4000噸碳排放。
歐美國家在AWE領(lǐng)域也進行了長期探索。美國Altaeros公司開發(fā)的浮空渦輪系統(tǒng)（BAT）曾在阿拉斯加進行商用小型電網(wǎng)應(yīng)用演示，但后轉(zhuǎn)向通信和國防領(lǐng)域。法國Wind Fisher公司研發(fā)的浮空器陸基AWE平臺采用馬格納斯效應(yīng)轉(zhuǎn)輪，展現(xiàn)了獨特的技術(shù)路徑。在固定翼飛機型風(fēng)箏發(fā)電方面，谷歌旗下Makani公司開發(fā)的垂直起降固定翼無人機雖因商業(yè)化路線遙遠(yuǎn)而關(guān)閉，但其測試數(shù)據(jù)激發(fā)了新一輪AWE項目熱潮。德國Kitecraft公司采用相似構(gòu)型設(shè)計了垂直起降固定翼無人機，荷蘭Ampyx Power公司則開發(fā)了水平起降固定翼無人機方案，并在海洋領(lǐng)域進行應(yīng)用嘗試。挪威Kitemill公司的垂直起降無人機采用陸基發(fā)電模式，螺旋槳僅用于起降，在空中飛行時不參與工作，系統(tǒng)運行周期的90%時間處于發(fā)電狀態(tài)。
軟體風(fēng)箏領(lǐng)域同樣活躍。德國SkySails公司開發(fā)的系留動力傘AWE系統(tǒng)已在2022年實現(xiàn)近100千瓦功率發(fā)電，其Venyo風(fēng)箏裝機200千瓦，KYO風(fēng)箏裝機450千瓦，最大飛行高度700米。法國Airseas公司利用航空技術(shù)開發(fā)的動力傘風(fēng)箏"海翼"已為多家船運公司提供碳減排解決方案，其新一代1000平方米風(fēng)箏帆可提供高達(dá)100噸的纜繩拉力。荷蘭Kitepower公司的"鷹"型AWE發(fā)電風(fēng)箏采用40至60平方米軟體風(fēng)箏，在10米/秒風(fēng)速時平均發(fā)電30千瓦，最大功率達(dá)330千瓦，配備400度鋰離子電池儲能系統(tǒng)。
然而，AWE系統(tǒng)的規(guī)模化應(yīng)用也面臨挑戰(zhàn)。作為兼具航空器和能源基礎(chǔ)設(shè)施屬性的系統(tǒng)，其管理需要航空與能源行業(yè)的交叉協(xié)作。未來AWE系統(tǒng)運行高度的提升將要求新的管理突破，包括空域規(guī)劃、安全性審查和適航性認(rèn)證等問題，這些都需要在技術(shù)突破和規(guī)模化應(yīng)用過程中逐步解決。
