法国国家科学研究中心与东京大学发奇想,高空太阳能云上发电

02 02月 2016

2016-02-02 11:56

迪士尼动画《大英雄天团》中虚构的“旧京山”市上空飘满了高空风力发电气球，虽然城市是虚构，技术却不是虚构，高空能源(Altaeros Energies)所发展的高空风力发电机在2014年获日本软银(SoftBank)投资700万美元；同为可再生能源，如今太阳能也不甘示弱的往高空发展，法国国家科学研究中心与东京大学合作经营的NextPV实验室提出高空太阳能的构想。

NextPV实验室的法国总裁，专精电化学、表面化学与材料工程的尚法兰索瓦‧吉莫斯(Jean-François Guillemoles)说明高空太阳能的点子：太阳能所谓不稳定性，主要来自于天气方面的干扰，当云层飘过时，地面的太阳能发电设施因为阳光遭到遮蔽而发生发电量急降，造成电网调度上的困扰，但是，在云层上方，整天都有太阳，每天都是阳光普照。至于该如何把太阳能板架到高空中，办法跟高空风力发电一样：采用大型气球。

以目前的电网技术，太阳能受到云层飘过而发电中断产生的调度问题，已经可配合天气预报预先准备，不过云层遮蔽造成的发电量减少就无法避免，若采用高空太阳能发电，在云层之上，不管地面是阴天与天照样发电，加上减少穿过地面空气与灰尘的厚度，如此一来，发电量可望为地面的5倍。

但是高空气球架上太阳能板，万一遇上台风怎么办呢？简单，搭配气象预报，若遇上极端气候时，把气球收下来即可；此外，为了避免飞机意外撞上，气球也应该装上信号灯，信号灯耗用的电力不多，可由气球本身所发的电提供。

NextPV目前正研究要以何种方式从气球送电回地面，以及高空太阳能发电相对于地面太阳能发电设施的成本效益如何，不过NextPV重点不仅在于成本，气球可移动、安装容易，这项特性，不仅使得设置装置的碳足迹相当低，也使得高空太阳能发电可以如高空风力发电一样可以自由收放、移动位置，因此开启许多应用方式的可能性，如临时支援偏远断电区域，或是为临时的偏远工程供电等。

做为分布式能源使用

然而，NextPV的狂想还不仅止于此，既然高空太阳能是以大型气球为基础，NextPV甚至想以气球本身为能源储存方案，NextPV打算以氢气填充气球，氢气不仅能让气球漂浮，还能做为能源储存，尚法兰索瓦‧吉莫斯认为，高空太阳能装置可接上氢燃料电池系统，电力有余裕时，制造氢气储存于气球本身；当夜间需要用电时，就从气球汲取氢，以氢燃料电池发电，气球的大小可储存10天的发电量，供应夜间需求绰绰有余。

不过这个氢储存的狂想部分受到许多质疑，首先是制氢设备要放在何处？若在气球上，则将大为增加气球重量，恐影响飘浮能力，若放在地面，则要有氢气管线通往天上的气球，显然有相当危险性；其次是，目前许多国家都已经明令禁止氢气球，也就是说若是以氢气填充气球，则无法合法运营。

其实若只是为了要夜间供电，也不用如此大费周章，可在地面设置电池技术为基础的能源储存站即可，不论是用主流的锂电池，或是应用其他电池技术如液流电池等均可，电池站也可装载在货柜上，跟气球一样有移动性，支援譬如偏远临时工程等应用。

市场也质疑高空太阳能发电若是要连上电网，再加上并网所需的监控、调控等成本，恐怕价格上没有市场竞争力。不过高空太阳能若是真能实现，初期应用显然会是做为分布式能源使用，可支援临时需用电的偏远地区、临时性工程、偏远工业场址、矿场、军事基地，或是支援灾难救助、野外研究、以及野外音乐会等各种临时性活动等，这些偏远或临时工程的用电需求原本无法满足或成本极高，高空太阳能会是相当好的解决方案，这些领域并不需要与电力公司电网价格竞争，最大的竞争对手，反而可能将是高空风力发电。

当技术发展成熟，高空太阳能其实可望有更有效率、更多附加价值的应用方式，例如，同样以气球搭载，高空太阳能气球可与高空风力发电机结合，不仅一举两得，还能顺带解决夜间供电问题；阳光普照的日子，高空太阳能气球飘浮城市上方，或可提供遮荫降低热岛效应，不仅本身发电，还能减少城市用电，这些都具有想像空间。无论如何，期望NextPV尽快打造出原型机开始测试吧。