随着AI飞速迭代，几乎所有的关注者都能明白电力会有多重要，所以从AI先锋到芯片巨头都在快速推进可控核聚变的研发。但实际上也无需这么麻烦，还要冒着核失控的风险去赌一个未来电能，放放风筝说不定就够了。
最近有家初创企业北京临一云川能源技术有限公司宣布完成数千万元股权融资，要说做能源的初创企业每年都有几家，并不稀奇，但这家公司吸引笔者注意的原因有两点，一是两位创始人顿天瑞和翁翰钶今年都才26岁，背后已经有了清华科研成果的支持；二是这家公司的主营业务是国内比较少见的高空风力发电。
临一云川S500型浮空风力发电系统缩比样机
根据估算，在9000米的高空中，有常年时速稳定在160公里左右的高空急流，这部分风能如果转换成电能，可以满足目前全人类电力需求的100倍。
当然，9000米还是太高了，中间还有飞机等各种航天器，利用起来不方便。那就退一步，在500米以上的空中薅风能也是可以的。距地面500米至10000米这一范围内的高空风能，相比于目前竖立在海边、高原、戈壁、远海的风能发电项目来说，潜力是巨大的，这一点后文会详述。
这类储量丰裕、分布广泛的可再生清洁能源，其实在上世纪70年代能源危机之时，就曾获得过学界的关注，最早的高空风力发电系统（airborne wind energy system，AWES）设计也在当时不断涌现。只不过随着能源危机解除，AWES的研究也就放缓了，除了美国、荷兰、意大利等发达国家外，坚持进行高空风能发电试验的国家并不多。
但谁也没想到“双碳”目标叠加AI的发展，让全球能源需求，尤其是对可再生能源的需求呈现出不断增长的趋势。高空风电作为一种潜在的解决方案，值得我们再度审视。
在细说发展高空风电的优势之前，要先重复一个基本的概念：即越往高处走，风速约快、风能也就越高。这其实和气象学有关。
在地形、地貌和人造建筑物的影响下，越靠近地面的风越容易出现“风切变”现象，这个现象不仅会影响飞机的安全起降，还会影响传统风机的发电效率和稳定性。
另外，还要记得一个公式：风中的能量与风速的三次方成正比，这意味着风速增加1倍时，风中的能量增加到8倍，三倍风速则意味着高达27倍的能量。地面风速通常在5-10m/s之间，那到了500米高度，风速会有多大？答案是能稳定达到每小时20-30m/s。
这也是为什么现在大家能看到的传统风机，通常都会非常高大且非常的原因之一——为了薅到更优质的风能。
重庆交通大学航空学院博士邵垒等人发表的论文提到，海拔高度每增加1m，风能密度就会增加0.25-0.37W/m²（瓦每平方米）。当高度为500m时，平均风能密度约225W/m²，约为地面风 能密度的两倍；当高度在1000m时，风能密度能达到500W/m²，约为地面风能的5倍。
高空风电除了能获得更优的风能资源，当然还有设备成本上的优势——但这一点是理论上规模化后的优势，需要理性看待。
之前的文章中曾介绍过现在的风机为了提高发电效率，叶片能超百米，不仅占地面积大、噪声污染严重，建设成本和管理维护费用都相对较高。而且，AWES所用的“风机”都非常像大型风筝，不需要传统风机支撑发电机组的塔架，只需要几根缆绳。
AWES表面上看都是地面有个基站，拉根缆绳把发电设备放到天上去，但按照依据风能捕获与能量转化方式的不同，又可以分为两种技术路线，同时两种技术路线又代表着不同的“飞行设备”。
滑翔机属硬质系留飞行器，发电量较稳定
一种是“空基高空风力发电”，也就是利用可以自主飞行的滑翔机，将发电机悬挂于上，使其直接在高空中利用强大的风力发电。也可以把滑翔机换成无人机、软质的充气飞艇（或称系留浮空器），机上的螺旋桨既是自己起降的动力来源，又是捕获风能的发电涡轮，在高空直接发电；涡轮机产生的电力通过其中一根系绳传输到地面站，然后传送到微电网。这一模式的好处是，只要飞行器稳定那电力输出就稳定。
临一云川第一代量产型号S500就是一艘长23米、直径15米的“充气飞艇”。顿天瑞表示临一云川已经解决了浮空器气体泄漏等问题，“驻空时长能超过25年”。
据其官网描述，这台设备包含飞行平台、发电模块、电力传输和系留线缆四部分，是目前世界首个功率能稳定超过100kw、飞行高度超过500m、气动升力超过阻力的浮空高空发电系统。最关键的是，度电成本还不到3分钱。
在此之前，297米的升空高度和30kw的发电功率都是由美国麻省理工学院涵道式浮空风力发电研究团队保持的。这个团队对外成立了一家能源公司Altaeros Energies，去年10月宣布获得美国国土安全部和美国海关和边境保护局 (CBP)的一份为期5年、价值9900万美元的不定期交付合同，实际上也是美国政府对于高空发电初创企业的支持，软银等企业也在投资人之列。这对我国相关行业的发展也应该有一定的启发。
另一种技术路线是“陆基高空风力发电”，这种模式是依靠地面的发电设备进行能量转化，所以放在空中的就真是一个单纯的大风筝了，学术上也叫“系留风筝式AWES技术”。
陆基高空风力发电示意图
具体来说，风筝的一端通过缆绳系于地面，在它被放置高空，以一定的模式飞行时，就会带动缆绳牵引做功，使地面发电机产生电能；由于绳子总是有限的，飞到一定程度，地面发电机就要消耗一部分刚刚转化的电能，把这个大风筝收回来一点再放出。这就导致陆基发电的电量不稳定，是有波峰和谷值的，所以需要配合使用锂电池等储能设备，把发电量拉平再输送至大电网，这可以说是一个缺点。
值得一提的是，这种风筝在天上也不会乱飞，而是根据设计以侧风的轨迹飞行。传统风机发电效率最高的地方是叶片的尖端，侧风飞行的风筝的发电效率，甚至能超过叶片巨大的传统风机。
况且它还有个优势在于其简单性和低成本，适用于各种地理环境，荷兰空中风能系统先驱 Kitepower主打的就是大风筝路基高空发电，现在在德国政府补贴环境下已经推出租赁模式，以推广市场。
国内目前两种技术路线都在尝试中，只不过高空风电系统的空中飞行器、动力系统和控制系统看着简单，但也需要复杂的技术和工程。我国目前技术成熟度较低，导致初始投资和运营成本较高，仍需要更多的资金和时间来验证其经济可行性。
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