Page 185 - 新能源风力发电技术与自动化技术研究

第六章 新能源风力发电技术与应用

第六章 新能源风力发电技术与应用

第一节 风力发电关键技术

一、高空风力发电关键技术

新能源具有环保、清洁、可持续发展等优点，是解决全球的环境问题以及能
源问题的十分重要的抓手。风能是新能源领域的重要组成部分，目前全球利用风
能的主要形式为风力发电。我国“十四五”规划中提出要加强新能源领域的发展，

推动绿色低碳发展以及能源清洁高效利用。据中国国家能源局发布的 2022 年全
国电力工业数据，我国 2022 年风电装机容量约 3.7 亿 kW，同比增长 11.2%。国
内外风能利用方式多以传统的风力发电机组通过低空风力发电为主。风电场所在
位置的风能密度是利用风能发电的首要考虑因素，但低空风力发电仍存在风电场
选址受人类活动影响较大、建设及运维成本相对较高、噪声污染严重、风速随机

性与波动性较大导致风力发电稳定性较低等难点。越来越多的国家开始研究高空
风力发电技术，这项技术通过利用距离地面 0.5 ～ 12km 的风能进行发电。美国
国家环境预报中心指出当高度范围为 0.5 ～ 12km 时，风向较为稳定；随着高度

增高，风速越大，同时风的稳定性越好，风能资源越优越。我国高空风能资源是
世界最丰富的国家之一。我国内蒙古、甘肃北部、东南沿海等低空风能最富集地
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区的有效风能密度为 200 ～ 300W/m ，然而当高度在 5km 以上时，我国大部分
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地区的风能密度为 1000W/m 。
ARCHER 等人首次评估了全球 0.5 ～ 12km 的可用风力发电资源。研究表明，
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当高度为 500m 时，平均风能密度约为地面风能密度的 2 倍，达到 225W/m 。相
较于低空风力发电，高空风力发电具有风能资源丰富且风能平稳的优势。同时高
空风力发电选址受限较少，建设场地距负荷中心较近、利于风电就近消纳。因此，

高空风能具有优越的开发潜力。国家发改委和能源局印发了《能源技术革命创新
行动（2016—2030）》，将高空风能发展提上日程，开展大型高空风电机组关键
技术研究。高空风能利用的关键是高空风力发电系统，即采用具有系留绳的飞行

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