風(fēng)電平價(jià)時(shí)代洪流下，既要發(fā)電量，又要便宜，更重要是還需確?？煽啃?。
為追求更低的成本，傳統(tǒng)的低風(fēng)速風(fēng)機(jī)已不能滿足平價(jià)要求，更長(zhǎng)葉輪直徑、更高輪轂高度、更大功率風(fēng)機(jī)成為降本增效，提高競(jìng)爭(zhēng)力的主要應(yīng)對(duì)方式。
但葉片加長(zhǎng)也有一定的限度，為此業(yè)內(nèi)開始想辦法通過加高塔架來提高風(fēng)機(jī)利用小時(shí)數(shù)。一般認(rèn)為，塔筒高度超過100m，即被稱為高塔筒。
我國中東部和平原地區(qū)風(fēng)速低，風(fēng)資源較差，但風(fēng)切變相對(duì)較大，塔筒高度的提升，能顯著提高發(fā)電量增加風(fēng)場(chǎng)效益。隨著塔筒攀高，風(fēng)電高塔技術(shù)也隨之不斷突破。
柔塔、混塔&桁架塔技術(shù)大比拼
風(fēng)機(jī)大型化是大勢(shì)所趨，與之相對(duì)應(yīng)的是塔筒高度的提升，傳統(tǒng)剛性塔架重量指數(shù)也呈直線上升。90米高的傳統(tǒng)塔架一般重約200余噸，120米高則已接近600噸...出于輕量化、鋼價(jià)等考量，全鋼柔塔、混塔、桁架塔應(yīng)勢(shì)而生，贏得了一席之地并被市場(chǎng)認(rèn)可。
全鋼柔塔：塔筒重量明顯降低，經(jīng)濟(jì)性提高，但存在一定技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。柔塔在葉輪轉(zhuǎn)速到某一個(gè)點(diǎn)上會(huì)產(chǎn)生共振，容易導(dǎo)致“塔筒共振”和“渦激振動(dòng)”；塔筒高度增加帶來擺幅增大，影響機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。
高度在120米及以上的鋼制塔筒，已多數(shù)采用柔塔，而其材料、工藝、運(yùn)輸、吊裝和傳統(tǒng)剛性塔架并無實(shí)質(zhì)區(qū)別，所以，相比于鋼混塔筒、桁架式塔筒，柔塔的供應(yīng)鏈完整。
柔塔的“柔”，與葉輪額定轉(zhuǎn)速有關(guān)，葉輪額定轉(zhuǎn)速下的1階頻率稱為1p，3階頻率成為3p；當(dāng)塔架自身的頻率在葉輪1階頻率以上的，是傳統(tǒng)塔架，1p以下的，是柔塔。
坎貝爾圖-柔塔頻率示意圖 來源：網(wǎng)絡(luò)
2015年1月7日，國內(nèi)第一臺(tái)安裝柔塔的金風(fēng)科技樣機(jī)吊裝；2021年12月，中國風(fēng)電柔塔刷新紀(jì)錄，跨入165米+新時(shí)代，成為亞洲第一高柔塔。
鋼混塔：一般指鋼材和混凝土共同構(gòu)成的塔架，其下部是混凝土段，上部是鋼塔段，包括全混和半混。整體結(jié)構(gòu)剛度大，可靠性更強(qiáng)，有現(xiàn)場(chǎng)澆筑、現(xiàn)場(chǎng)工廠整環(huán)預(yù)制、集中工廠分片預(yù)制3種方案。
對(duì)于160m級(jí)別以上超高風(fēng)機(jī)，全鋼柔塔技術(shù)方案存在太大不確定性，同時(shí)，鋼材等原材料成本上升，混塔技術(shù)成為提升風(fēng)機(jī)高度與保障機(jī)組可靠性運(yùn)行的另一選擇。
2018年10月25日，我國首個(gè)采用140m鋼混塔的風(fēng)電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)全場(chǎng)并網(wǎng)。此后，160m、165m、166m風(fēng)電鋼混塔風(fēng)機(jī)相繼吊裝，整機(jī)商自主研發(fā)技術(shù)取得里程碑式的突破。
據(jù)了解，當(dāng)前全球最高陸上風(fēng)電機(jī)組達(dá)230m，就采用了上部鋼結(jié)構(gòu)，下部混凝土的混塔技術(shù)方案。
桁架塔：此種塔架結(jié)構(gòu)大大節(jié)省用鋼量，并且可以在多種場(chǎng)景下應(yīng)用，經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性較好。但相比傳統(tǒng)塔架，螺栓用量極多，安裝緊固和運(yùn)維工作量等較大，且存在一定風(fēng)險(xiǎn)。
2020年9月，160m預(yù)應(yīng)力構(gòu)架式鋼管塔的風(fēng)機(jī)在山東鄄城并網(wǎng)，一舉刷新當(dāng)時(shí)我國風(fēng)電機(jī)組高度記錄；2021年10月，全球首座170m超高桁架式塔架風(fēng)電機(jī)組于山東項(xiàng)目吊裝。
百花齊放 超高風(fēng)機(jī)不止于“高”
業(yè)內(nèi)分析表示，未來3年的市場(chǎng)商機(jī)，風(fēng)切變大于0.2的容量超過3100萬千瓦，占總商機(jī)容量的22%；風(fēng)切變大于0.16的容量超過4300萬千瓦，占總商機(jī)容量的30%。
2015年前，70m級(jí)葉輪直徑的風(fēng)機(jī)塔筒高度在70-80m，CWEA數(shù)據(jù)顯示，2018年，風(fēng)電機(jī)組平均高度為91m，最高風(fēng)機(jī)達(dá)140m；2019年，風(fēng)電機(jī)組平均高度為96m，同步往年增加5m，最高風(fēng)機(jī)達(dá)147m，同步往年增加7m。到2021年，國內(nèi)的塔筒高度普遍超過140m。
據(jù)了解，目前最高為金風(fēng)科技發(fā)布的Double 185高塔（包含185米鋼混塔架和185米鋼制柔塔），產(chǎn)品基于鋼塔，對(duì)行業(yè)未來資源開發(fā)范圍給與了延伸。
國內(nèi)高塔筒技術(shù)雖起步較晚，但目前已然成熟，“柔塔”占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，鋼混塔其次。
但隨著塔筒不斷升高，質(zhì)量和成本控制難度加大，對(duì)控制技術(shù)、制造運(yùn)輸?shù)榷喾矫婧诵募夹g(shù)都帶來新的挑戰(zhàn)。為攻堅(jiān)克難，斜拉索式、分片式塔筒、自提升技術(shù)、3D打印、木質(zhì)塔筒等新技術(shù)也在不斷突破。
圖片來源“中國海裝”
作為國內(nèi)首個(gè)“分片式”風(fēng)電鋼混塔筒批量項(xiàng)目，江蘇國源寶應(yīng)巳豐項(xiàng)目采用30臺(tái)中國海裝H136-2.2MW機(jī)組，搭配140m分片式鋼混塔筒。
風(fēng)電高塔技術(shù)，能顯著提高經(jīng)濟(jì)效益毋庸置疑，但這絕非只是靠一個(gè)簡(jiǎn)單的“高”字，而是涉及到機(jī)組控制策略、運(yùn)輸、安裝、施工等一系列技術(shù)問題的整體工程解決方案。
市場(chǎng)決定技術(shù)，展望未來，高塔技術(shù)將會(huì)催生新的技術(shù)變革。除風(fēng)電鋼柔塔、混塔、桁架塔之外，不同結(jié)構(gòu)形式的高塔架百花齊放，成為市場(chǎng)上重要的技術(shù)補(bǔ)充形式。
評(píng)論