Энергетические аэростаты
ТЕХНОЛОГИИ / #1_2026
Текст: Андрей УВАРОВ / Фото: People's Daily China, Altaeros Energies
На фото: Воздушная ветроустановка S2000 Stratosphere Airborne Wind Energy System (SAWES), Китай
Оригинальное ответвление развития ветряных энергоустановок — использование воздушных потоков на больших высотах. Эта идея легла в основу технологии аэродинамических ветроэнергетических систем (Airborne Wind Energy System, AWES), проще говоря — летающих ветряных турбин. В конце 2025 года в Китае и США начались полномасштабные испытания рабочих прототипов. Попробуем вместе с экспертами разобраться, в чем суть технологии.
По данным Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA), пять стран: Китай, США, Германия, Индия и Бразилия — обеспечивают суммарно около 80 % роста мощностей в мировой ветроэнергетике. Причем Китай лидирует с большим отрывом: его ветряные мощности превышают 520 ГВт. В КНР лидеры отрасли активно инвестируют в новые технологии, среди которых — динамично развивающаяся AWES.
Новые высоты ветроэнергетики
Что же такое AWES? Это ветроэнергетические установки в виде летательных аппаратов (воздушных змеев, дронов, привязанных аэростатов и др.) для улавливания ветров на высоте от 200 до 2000 метров. В отличие от традиционных ветротурбин, устанавливаемых на башнях, здесь используются подвесные конструкции на тросах. Тросы нужны как для закрепления системы, так и для передачи вырабатываемой энергии. Возможны две схемы: преобразование механической энергии при соединении троса с приводом наземного генератора; выработка и передача электроэнергии от бортовой турбины («летающий генератор»).
Для первой схемы применяют, например, дроны с привязным креплением. Аппарат летит в условиях бокового ветра, и энергия ветра передается на землю. Вторая схема имеет больший потенциал — она предусматривает электротурбины в составе аэростатов и подобных летающих конструкций.
Технология AWES достаточно молода: впервые ее математические основы были представлены в 1980 году в статье Майлза Л. Лойда «Сила бокового ветра при запуске воздушного змея».
В 1990‑х годах исследования в этой области были практически заброшены, но в последнее десятилетие они стали быстро развиваться. Несколько компаний — в основном небольшие стартапы и университетские дочерние предприятия — вышли на рынок ветроэнергетики, подав сотни патентов, разработав прототипы и демонстрационные образцы. Сегодня технология выходит на стадию зрелости: реализуются различные концепции, тестируются изделия.
Так, в Китае в сентябре 2025 года испытали аэростат с ветрогенератором S1500 («S» означает Stratosphere) мощностью 1 МВт. Это AWES типа «летающий генератор» от стартапа Sawes в сотрудничестве с Университетом Циньхуа и Институтом аэрокосмической информации Китайской академии наук. Турбина стала первой в своем роде, выработавшей 1 МВт электроэнергии во время испытательного полета.
В январе 2026 года в городе Ибинь, провинция Сычуань, воздушная ветроустановка модели S2000 была поднята на высоту. Система в течение получаса удерживалась в устойчивом зависании и выработала 385 кВт·ч электроэнергии, выданных по кабельным тросам в местную сеть. S2000 — аэростат с габаритами 60×40×40 метров, в основе конструкции — наполненный гелием баллон и огромное кольцевое крыло. По сути, это огромный воздухопровод.
Что же такое AWES? Это ветроэнергетические установки в виде летательных аппаратов (воздушных змеев, дронов, привязанных аэростатов и др.) для улавливания ветров на высоте от 200 до 2000 метров. В отличие от традиционных ветротурбин, устанавливаемых на башнях, здесь используются подвесные конструкции на тросах. Тросы нужны как для закрепления системы, так и для передачи вырабатываемой энергии. Возможны две схемы: преобразование механической энергии при соединении троса с приводом наземного генератора; выработка и передача электроэнергии от бортовой турбины («летающий генератор»).
Для первой схемы применяют, например, дроны с привязным креплением. Аппарат летит в условиях бокового ветра, и энергия ветра передается на землю. Вторая схема имеет больший потенциал — она предусматривает электротурбины в составе аэростатов и подобных летающих конструкций.
Технология AWES достаточно молода: впервые ее математические основы были представлены в 1980 году в статье Майлза Л. Лойда «Сила бокового ветра при запуске воздушного змея».
В 1990‑х годах исследования в этой области были практически заброшены, но в последнее десятилетие они стали быстро развиваться. Несколько компаний — в основном небольшие стартапы и университетские дочерние предприятия — вышли на рынок ветроэнергетики, подав сотни патентов, разработав прототипы и демонстрационные образцы. Сегодня технология выходит на стадию зрелости: реализуются различные концепции, тестируются изделия.
Так, в Китае в сентябре 2025 года испытали аэростат с ветрогенератором S1500 («S» означает Stratosphere) мощностью 1 МВт. Это AWES типа «летающий генератор» от стартапа Sawes в сотрудничестве с Университетом Циньхуа и Институтом аэрокосмической информации Китайской академии наук. Турбина стала первой в своем роде, выработавшей 1 МВт электроэнергии во время испытательного полета.
В январе 2026 года в городе Ибинь, провинция Сычуань, воздушная ветроустановка модели S2000 была поднята на высоту. Система в течение получаса удерживалась в устойчивом зависании и выработала 385 кВт·ч электроэнергии, выданных по кабельным тросам в местную сеть. S2000 — аэростат с габаритами 60×40×40 метров, в основе конструкции — наполненный гелием баллон и огромное кольцевое крыло. По сути, это огромный воздухопровод.
Летающий ветрогенератор BAT, разработанный американской компанией Altaeros Energie
Подобный проект есть и в США. Стартап Altaeros Energies, основанный в Массачусетском технологическом институте, разработал летающую турбину BAT (Buoyant Air Turbine). Рабочая высота — 300 метров. Конструкция — нечто среднее между воздушным шаром и дирижаблем, наполненным гелием. Турбина мощностью 30 кВт соединена с землей тремя кабелями, один из которых передает электрическую энергию. Аппарат спроектирован таким образом, чтобы автоматически регулировать высоту в зависимости от силы ветра, стыковаться в аварийных ситуациях и работать в суровых условиях (сильный ветер, снег, дождь).
Первые испытания прошли на Аляске, под наблюдением местного Управления энергетики.
«Похожие ветроэнергетические установки (ВЭУ) разрабатывались в Канаде. Рассматривались они и в России, с применением воздушных шаров и дирижаблей», — напоминает доктор технических наук, академик Российской инженерной академии Сергей Грибков.
Первые испытания прошли на Аляске, под наблюдением местного Управления энергетики.
«Похожие ветроэнергетические установки (ВЭУ) разрабатывались в Канаде. Рассматривались они и в России, с применением воздушных шаров и дирижаблей», — напоминает доктор технических наук, академик Российской инженерной академии Сергей Грибков.
Pro & contra
Главное преимущество AWES — использование более сильных и стабильных ветров, чем дующие невысоко над землей. Это позволяет повысить КПД установки и уменьшить занимаемую ею площадь. «На высотах от 100 до 500 метров дуют стабильные ветра, что позволяет уменьшить габаритные размеры ветроколеса ВЭУ и снимать значительные мощности. С целью увеличения эффективности ветроколеса его помещают в ускоритель воздушного потока — диффузор», — отмечает С. Грибков. Исследования показывают, что на больших высотах скорость ветра увеличивается почти экспоненциально. Например, на высотах от 500 до 1500 метров плотность энергии ветра удваивается.
«Важное преимущество такой системы — стабильная выработка электрической энергии в местах с низкими ветровыми нагрузками. AWES можно располагать в непосредственной близости к потребителям», — разъясняет Павел Хлюпин, доцент кафедры электротехники и электрооборудования предприятий ФГБОУ ВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет».
Есть у AWES и другие плюсы. Они меньше зависят от габаритной наземной инфраструктуры: не требуется создавать фундаменты опор, отмечает П. Хлюпин. Это снижает капитальные затраты и позволяет развернуть подобные системы там, где невозможно построить наземные ветростанции. «Данные системы обладают высокой мобильностью: достаточно иметь площадку для их запуска, затем можно переместить систему к месту потребления электроэнергии. Технология достаточно безопасна: на случай разгерметизации аэростата конструкции снабжают системами аварийной остановки. На высоте более 1 км исключена возможность контакта с птицами», — аргументирует П. Хлюпин. Технология применима не только на материках, но и на островах, и в море. Все это делает AWES идеально подходящей для островных государств, отдаленных и изолированных регионов, а также в качестве резервного источника энергии.
Однако есть и нерешенные технические задачи. «Необходимо разработать технологию производства дирижаблей, способных удерживать ветрогенерирующие установки», — считает П. Хлюпин.
Кроме того, нужно обеспечить безопасность и надежность тросов. Кабели должны выдерживать экстремальные погодные условия и сильные ветра. Неизвестно, возможно ли использовать AWES в регионах, где нередки мощные тайфуны и ураганы.
Много вопросов к управлению, эксплуатации и навигации. Каково оптимальное позиционирование установки? Каким образом и с какой периодичностью следует осуществлять техническое обслуживание? Как должна работать система безопасного приземления в аварийной ситуации?
«Размещение подобных систем должно быть заранее согласовано с маршрутами пилотируемой и беспилотной авиации», — напоминает П. Хлюпин.
«Необходимо решить вопросы передачи энергии на землю и удержания ВЭУ на нужных эшелоне и месте. Обычно энергия передается по кабелю, масса которого весьма значительна. Возможна передача и по лучу лазера, но насколько отлажена эта технология? Необходима четкая ориентация лазерного луча на станцию приема энергии — крайне сложная задача, ведь летающая ВЭУ находится в нестационарном воздушном потоке. Удержание ВЭУ на определенной высоте и в определенной точке — также довольно сложный момент. Канадцы для этого используют автомобиль с автоматической лебедкой», — комментирует С. Грибков.
Еще одна важная проблема — быстрый износ материалов и деталей из-за постоянных колебаний и движения системы. Наконец, стоимость 1 кВт·ч остается высокой.
Технология отработана не до конца, однако эксперименты показывают: концепция летающих турбин перспективна. Компания Altaeros на прототипе продемонстрировала работоспособность системы скромных размеров (30 кВт); Китай успешно осваивает гораздо более высокие уровни мощности. Системы AWES могут стать значимой частью энергетического баланса уже в этом десятилетии. «В России подобные разработки не ведутся, хотя это достаточно перспективное направление. Эффект от применения данных технологий недооценен; следует активно включаться в работу по созданию аналогичных систем», — заключает П. Хлюпин.
Главное преимущество AWES — использование более сильных и стабильных ветров, чем дующие невысоко над землей. Это позволяет повысить КПД установки и уменьшить занимаемую ею площадь. «На высотах от 100 до 500 метров дуют стабильные ветра, что позволяет уменьшить габаритные размеры ветроколеса ВЭУ и снимать значительные мощности. С целью увеличения эффективности ветроколеса его помещают в ускоритель воздушного потока — диффузор», — отмечает С. Грибков. Исследования показывают, что на больших высотах скорость ветра увеличивается почти экспоненциально. Например, на высотах от 500 до 1500 метров плотность энергии ветра удваивается.
«Важное преимущество такой системы — стабильная выработка электрической энергии в местах с низкими ветровыми нагрузками. AWES можно располагать в непосредственной близости к потребителям», — разъясняет Павел Хлюпин, доцент кафедры электротехники и электрооборудования предприятий ФГБОУ ВО «Уфимский государственный нефтяной технический университет».
Есть у AWES и другие плюсы. Они меньше зависят от габаритной наземной инфраструктуры: не требуется создавать фундаменты опор, отмечает П. Хлюпин. Это снижает капитальные затраты и позволяет развернуть подобные системы там, где невозможно построить наземные ветростанции. «Данные системы обладают высокой мобильностью: достаточно иметь площадку для их запуска, затем можно переместить систему к месту потребления электроэнергии. Технология достаточно безопасна: на случай разгерметизации аэростата конструкции снабжают системами аварийной остановки. На высоте более 1 км исключена возможность контакта с птицами», — аргументирует П. Хлюпин. Технология применима не только на материках, но и на островах, и в море. Все это делает AWES идеально подходящей для островных государств, отдаленных и изолированных регионов, а также в качестве резервного источника энергии.
Однако есть и нерешенные технические задачи. «Необходимо разработать технологию производства дирижаблей, способных удерживать ветрогенерирующие установки», — считает П. Хлюпин.
Кроме того, нужно обеспечить безопасность и надежность тросов. Кабели должны выдерживать экстремальные погодные условия и сильные ветра. Неизвестно, возможно ли использовать AWES в регионах, где нередки мощные тайфуны и ураганы.
Много вопросов к управлению, эксплуатации и навигации. Каково оптимальное позиционирование установки? Каким образом и с какой периодичностью следует осуществлять техническое обслуживание? Как должна работать система безопасного приземления в аварийной ситуации?
«Размещение подобных систем должно быть заранее согласовано с маршрутами пилотируемой и беспилотной авиации», — напоминает П. Хлюпин.
«Необходимо решить вопросы передачи энергии на землю и удержания ВЭУ на нужных эшелоне и месте. Обычно энергия передается по кабелю, масса которого весьма значительна. Возможна передача и по лучу лазера, но насколько отлажена эта технология? Необходима четкая ориентация лазерного луча на станцию приема энергии — крайне сложная задача, ведь летающая ВЭУ находится в нестационарном воздушном потоке. Удержание ВЭУ на определенной высоте и в определенной точке — также довольно сложный момент. Канадцы для этого используют автомобиль с автоматической лебедкой», — комментирует С. Грибков.
Еще одна важная проблема — быстрый износ материалов и деталей из-за постоянных колебаний и движения системы. Наконец, стоимость 1 кВт·ч остается высокой.
Технология отработана не до конца, однако эксперименты показывают: концепция летающих турбин перспективна. Компания Altaeros на прототипе продемонстрировала работоспособность системы скромных размеров (30 кВт); Китай успешно осваивает гораздо более высокие уровни мощности. Системы AWES могут стать значимой частью энергетического баланса уже в этом десятилетии. «В России подобные разработки не ведутся, хотя это достаточно перспективное направление. Эффект от применения данных технологий недооценен; следует активно включаться в работу по созданию аналогичных систем», — заключает П. Хлюпин.
ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ