Китай предпринял шаги к производству электроэнергии от ветра, дующего на высоте четырех километров над поверхностью земли. Недавно была завершена полная циклическая проверка системы воздушной ветроэнергетики S4000, разработанной внутри страны. Эта система, имеющая форму крупного дирижабля, прошла испытания на тестовой базе в северо-западном Китае, включая запуск, удержание позиции, генерацию и возврат.
В этом проекте участвовала энергетическая стартап-компания из Пекина, которая сотрудничала с Университетом Цинхуа и Институтом аэрокосмических информационных исследований Китайской академии наук. Данное достижение знаменует переход Китая от итеративной разработки технологий ветроэнергетики на большой высоте к их практическому внедрению.
Физическое обоснование использования летающей электростанции заключается в резком увеличении скорости ветра с высотой, поскольку трение о землю уменьшается. Таким образом, турбина на высоте 4000 метров способна за год произвести столько же энергии, сколько несколько эквивалентных наземных установок вместе взятых. В то время как наземные ветряные фермы обычно работают 2000–3000 часов в год, оценки исследований ветров на большой высоте предполагают теоретическое полезное годовое рабочее окно на высоте 4000 метров в диапазоне 5000–6000 часов.
Благодаря более стабильному ветру, такие системы демонстрируют характеристики, схожие с базовой нагрузкой, что потенциально позволяет им служить будущим дополнением к традиционной генерации базовой нагрузки.
Система S4000 имеет размеры 67 метров в длину, 40 метров в ширину и 23 метра в высоту. Она поднимается за счет плавучести легкого оболочки, наполненной гелием, вместо того чтобы опираться на фундаменты из тысяч тонн стали и бетона. Силу удерживает высокопрочный трос, который передает киловольты энергии обратно в сеть. Основное оборудование — генератор, преобразователь и контроллер — размещено в обтекаемом корпусе.
Командам удалось решить 17 ключевых технических задач, включая управление ориентацией платформы, легкую генерацию и высоконапряженную передачу на километровом уровне. Гибридная конструкция оболочки из жестких ребер и мембраны повышает сопротивление ветру на 45 процентов по сравнению с обычными мягкими дирижаблями.
Для противодействия турбулентности система использует бортовой сервопривод для коррекции своего положения и стабильного удержания позиции, продемонстрировав непрерывную генерацию в течение 72 часов. Лазерный радар и ультразвуковые анемометры прогнозируют ветер и порывы впереди, а проводящий статический слой и бортовые молниеотводы управляют ударами молний, в то время как микроволновое или электрическое антиобледенительное покрытие предотвращает образование льда.
Сам трос является достижением материаловедения: это адаптивный кабель с углеродным волокном в сердцевине, который в три раза прочнее стали при четверти ее веса. Он объединяет несущую способность, передачу высокого напряжения и оптоволоконный контроль в одной нити. S4000 следует за более ранними меньшими прототипами на высотах 500 и 2000 метров, которые были построены на новом заводе по производству высокоэффективных материалов для оболочек в Чжоушане для обеспечения цепочки поставок.
Первые демонстрационные проекты S4000 теперь представляют собой наблюдательный период перед развертыванием флота. Высотные ветровые ресурсы рассматриваются для пустынь, отдаленных островов и горных постов, куда линии электропередач никогда не могли добраться.