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技术为王 | 从70m到185m 风电高塔筒逐鹿未来!

2023-01-09 10:29来源:北极星风力发电网作者:莫小雅关键词:风电平价风电塔筒风电技术收藏点赞

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风电平价时代洪流下,既要发电量,又要便宜,更重要是还需确保可靠性。

为追求更低的成本,传统的低风速风机已不能满足平价要求,更长叶轮直径、更高轮毂高度、更大功率风机成为降本增效,提高竞争力的主要应对方式。

但叶片加长也有一定的限度,为此业内开始想办法通过加高塔架来提高风机利用小时数。一般认为,塔筒高度超过100m,即被称为高塔筒。

我国中东部和平原地区风速低,风资源较差,但风切变相对较大,塔筒高度的提升,能显著提高发电量增加风场效益。随着塔筒攀高,风电高塔技术也随之不断突破。

柔塔、混塔&桁架塔技术大比拼

风机大型化是大势所趋,与之相对应的是塔筒高度的提升,传统刚性塔架重量指数也呈直线上升。90米高的传统塔架一般重约200余吨,120米高则已接近600吨...出于轻量化、钢价等考量,全钢柔塔、混塔、桁架塔应势而生,赢得了一席之地并被市场认可。

全钢柔塔:塔筒重量明显降低,经济性提高,但存在一定技术风险点。柔塔在叶轮转速到某一个点上会产生共振,容易导致“塔筒共振”和“涡激振动”;塔筒高度增加带来摆幅增大,影响机组稳定运行。

高度在120米及以上的钢制塔筒,已多数采用柔塔,而其材料、工艺、运输、吊装和传统刚性塔架并无实质区别,所以,相比于钢混塔筒、桁架式塔筒,柔塔的供应链完整。

柔塔的“柔”,与叶轮额定转速有关,叶轮额定转速下的1阶频率称为1p,3阶频率成为3p;当塔架自身的频率在叶轮1阶频率以上的,是传统塔架,1p以下的,是柔塔。

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坎贝尔图-柔塔频率示意图 来源:网络

2015年1月7日,国内第一台安装柔塔的金风科技样机吊装;2021年12月,中国风电柔塔刷新纪录,跨入165米+新时代,成为亚洲第一高柔塔。

钢混塔:一般指钢材和混凝土共同构成的塔架,其下部是混凝土段,上部是钢塔段,包括全混和半混。整体结构刚度大,可靠性更强,有现场浇筑、现场工厂整环预制、集中工厂分片预制3种方案。

对于160m级别以上超高风机,全钢柔塔技术方案存在太大不确定性,同时,钢材等原材料成本上升,混塔技术成为提升风机高度与保障机组可靠性运行的另一选择。

2018年10月25日,我国首个采用140m钢混塔的风电场实现全场并网。此后,160m、165m、166m风电钢混塔风机相继吊装,整机商自主研发技术取得里程碑式的突破。

据了解,当前全球最高陆上风电机组达230m,就采用了上部钢结构,下部混凝土的混塔技术方案。

桁架塔:此种塔架结构大大节省用钢量,并且可以在多种场景下应用,经济性和稳定性较好。但相比传统塔架,螺栓用量极多,安装紧固和运维工作量等较大,且存在一定风险。

2020年9月,160m预应力构架式钢管塔的风机在山东鄄城并网,一举刷新当时我国风电机组高度记录;2021年10月,全球首座170m超高桁架式塔架风电机组于山东项目吊装。

百花齐放 超高风机不止于“高”

业内分析表示,未来3年的市场商机,风切变大于0.2的容量超过3100万千瓦,占总商机容量的22%;风切变大于0.16的容量超过4300万千瓦,占总商机容量的30%。

2015年前,70m级叶轮直径的风机塔筒高度在70-80m,CWEA数据显示,2018年,风电机组平均高度为91m,最高风机达140m;2019年,风电机组平均高度为96m,同步往年增加5m,最高风机达147m,同步往年增加7m。到2021年,国内的塔筒高度普遍超过140m。

据北极星了解,目前最高为金风科技发布的Double 185高塔(包含185米钢混塔架和185米钢制柔塔),产品基于钢塔,对行业未来资源开发范围给与了延伸。

国内高塔筒技术虽起步较晚,但目前已然成熟,“柔塔”占绝对优势,钢混塔其次。

但随着塔筒不断升高,质量和成本控制难度加大,对控制技术、制造运输等多方面核心技术都带来新的挑战。为攻坚克难,斜拉索式、分片式塔筒、自提升技术、3D打印、木质塔筒等新技术也在不断突破。

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图片来源“中国海装”

作为国内首个“分片式”风电钢混塔筒批量项目,江苏国源宝应巳丰项目采用30台中国海装H136-2.2MW机组,搭配140m分片式钢混塔筒。

风电高塔技术,能显著提高经济效益毋庸置疑,但这绝非只是靠一个简单的“高”字,而是涉及到机组控制策略、运输、安装、施工等一系列技术问题的整体工程解决方案。

市场决定技术,展望未来,高塔技术将会催生新的技术变革。除风电钢柔塔、混塔、桁架塔之外,不同结构形式的高塔架百花齐放,成为市场上重要的技术补充形式。

投稿与新闻线索:陈女士 微信/手机:13693626116 邮箱:chenchen#bjxmail.com(请将#改成@)

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