چین گام مهمی در جهت تولید برق از بادهای شدید در ارتفاع چهار کیلومتری زمین برداشته است. سیستم انرژی بادی معلق و بومی S4000 که شبیه به یک کشتی هوایی غول‌پیکر طراحی شده، به‌تازگی مراحل کامل پرتاب، استقرار، تولید برق و بازیابی را در یک پایگاه آزمایشی در شمال غربی چین با موفقیت پشت سر گذاشته است. این پروژه توسط یک استارتاپ انرژی مستقر در پکن و با همکاری دانشگاه تسینگ‌هوا (Tsinghua University) و پژوهشگاه اطلاعات هوافضای آکادمی علوم چین هدایت می‌شود و نشان‌دهنده انتقال فناوری باد در ارتفاع بالا از مرحله توسعه به استقرار مهندسی است.
مزایای تولید برق در ارتفاع بالا
ایده ساخت نیروگاه‌های پرنده ریشه در قوانین فیزیک دارد. با افزایش ارتفاع و کاهش اصطکاک زمین، سرعت باد به‌شدت افزایش می‌یابد؛ به‌طوری‌که یک توربین در ارتفاع ۴۰۰۰ متری می‌تواند در طول سال معادل چندین واحد زمینی هم‌تراز خود برق تولید کند. در حالی که نیروگاه‌های بادی زمینی معمولاً سالانه ۲۰۰۰ تا ۳۰۰۰ ساعت فعالیت می‌کنند، برآوردهای پژوهشی نشان می‌دهد که پنجره عملیاتی مفید سالانه در ارتفاع ۴۰۰۰ متری بین ۵۰۰۰ تا ۶۰۰۰ ساعت است. این بادهای پایدارتر می‌توانند به عنوان مکمل آینده برای نیروگاه‌های تولید برق پایه (baseload) عمل کنند.
مشخصات فنی و فناوری‌های به‌کاررفته در S4000
سیستم S4000 دارای ۶۷ متر طول، ۴۰ متر عرض و ۲۳ متر ارتفاع است و به جای تکیه بر هزاران تن فونداسیون بتنی و فولادی، با استفاده از نیروی شناوری یک محفظه سبک پرشده با گاز هلیوم به پرواز درمی‌آید. یک کابل مهارکننده بسیار مقاوم، این سیستم را در جای خود نگه می‌دارد و هم‌زمان برق تولیدی با ولتاژ کیلوولت را به شبکه منتقل می‌کند. تجهیزات حیاتی شامل ژنراتور، سیستم تبدیل و کنترل در یک پوسته آیرودینامیک قرار گرفته‌اند.
تیم‌های تحقیقاتی ۱۷ چالش فنی کلیدی از جمله کنترل وضعیت پلتفرم، تولید برق سبک‌وزن و انتقال فشارقوی در مقیاس کیلومتری را حل کرده‌اند. ساختار ترکیبی پوسته این سیستم، مقاومت آن در برابر باد را تا ۴۵ درصد نسبت به کشتی‌های هوایی نرم سنتی افزایش داده است. همچنین برای مقابله با تلاطم‌های جوی، این سیستم از کنترل سروو داخلی برای تنظیم وضعیت خود استفاده می‌کند و توانسته ۷۲ ساعت تولید برق مداوم را به ثبت برساند. تجهیزاتی مانند رادار لیزری و بادسنج‌های اولتراسونیک برای پیش‌بینی باد، لایه استاتیک رسانا و برق‌گیرها برای مدیریت صاعقه، و سیستم‌های یخ‌زدایی مایکروویو یا الکتریکی در این سازه تعبیه شده‌اند.
کابل مهارکننده این سیستم خود یک شاهکار در علم مواد است؛ کابل تطبیقی با هسته فیبر کربن که سه برابر قوی‌تر از فولاد و وزن آن تنها یک‌چهارم آن است و وظایف تحمل بار، انتقال برق فشارقوی و کنترل فیبر نوری را در یک رشته واحد ادغام کرده است. سیستم S4000 پس از نمونه‌های اولیه کوچک‌تر در ارتفاعات ۵۰۰ و ۲۰۰۰ متری توسعه یافته است و اولین پروژه‌های نمایشی آن اکنون به عنوان الگویی برای استقرار گسترده‌تر در بیابان‌ها، جزایر دورافتاده و پاسگاه‌های کوهستانی که خطوط انتقال برق هرگز به آن‌ها نرسیده است، مورد ارزیابی قرار می‌گیرند.