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    技術為王 | 從70m到185m 風電高塔筒逐鹿未來!

    光伏們發布時間:2023-01-09 13:40:55

    風電平價時代洪流下,既要發電量,又要便宜,更重要是還需確??煽啃?。

    為追求更低的成本,傳統的低風速風機已不能滿足平價要求,更長葉輪直徑、更高輪轂高度、更大功率風機成為降本增效,提高競爭力的主要應對方式。

    但葉片加長也有一定的限度,為此業內開始想辦法通過加高塔架來提高風機利用小時數。一般認為,塔筒高度超過100m,即被稱為高塔筒。

    我國中東部和平原地區風速低,風資源較差,但風切變相對較大,塔筒高度的提升,能顯著提高發電量增加風場效益。隨著塔筒攀高,風電高塔技術也隨之不斷突破。

    柔塔、混塔&桁架塔技術大比拼

    風機大型化是大勢所趨,與之相對應的是塔筒高度的提升,傳統剛性塔架重量指數也呈直線上升。90米高的傳統塔架一般重約200余噸,120米高則已接近600噸...出于輕量化、鋼價等考量,全鋼柔塔、混塔、桁架塔應勢而生,贏得了一席之地并被市場認可。

    全鋼柔塔:塔筒重量明顯降低,經濟性提高,但存在一定技術風險點。柔塔在葉輪轉速到某一個點上會產生共振,容易導致“塔筒共振”和“渦激振動”;塔筒高度增加帶來擺幅增大,影響機組穩定運行。

    高度在120米及以上的鋼制塔筒,已多數采用柔塔,而其材料、工藝、運輸、吊裝和傳統剛性塔架并無實質區別,所以,相比于鋼混塔筒、桁架式塔筒,柔塔的供應鏈完整。

    柔塔的“柔”,與葉輪額定轉速有關,葉輪額定轉速下的1階頻率稱為1p,3階頻率成為3p;當塔架自身的頻率在葉輪1階頻率以上的,是傳統塔架,1p以下的,是柔塔。

    坎貝爾圖-柔塔頻率示意圖 來源:網絡

    2015年1月7日,國內第一臺安裝柔塔的金風科技樣機吊裝;2021年12月,中國風電柔塔刷新紀錄,跨入165米+新時代,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。整體結構剛度大,可靠性更強,有現場澆筑、現場工廠整環預制、集中工廠分片預制3種方案。

    對于160m級別以上超高風機,全鋼柔塔技術方案存在太大不確定性,同時,鋼材等原材料成本上升,混塔技術成為提升風機高度與保障機組可靠性運行的另一選擇。

    2018年10月25日,我國首個采用140m鋼混塔的風電場實現全場并網。此后,160m、165m、166m風電鋼混塔風機相繼吊裝,整機商自主研發技術取得里程碑式的突破。

    據了解,當前全球最高陸上風電機組達230m,就采用了上部鋼結構,下部混凝土的混塔技術方案。

    桁架塔:此種塔架結構大大節省用鋼量,并且可以在多種場景下應用,經濟性和穩定性較好。但相比傳統塔架,螺栓用量極多,安裝緊固和運維工作量等較大,且存在一定風險。

    2020年9月,160m預應力構架式鋼管塔的風機在山東鄄城并網,一舉刷新當時我國風電機組高度記錄;2021年10月,全球首座170m超高桁架式塔架風電機組于山東項目吊裝。

    百花齊放 超高風機不止于“高”

    業內分析表示,未來3年的市場商機,風切變大于0.2的容量超過3100萬千瓦,占總商機容量的22%;風切變大于0.16的容量超過4300萬千瓦,占總商機容量的30%。

    2015年前,70m級葉輪直徑的風機塔筒高度在70-80m,CWEA數據顯示,2018年,風電機組平均高度為91m,最高風機達140m;2019年,風電機組平均高度為96m,同步往年增加5m,最高風機達147m,同步往年增加7m。到2021年,國內的塔筒高度普遍超過140m。

    據了解,目前最高為金風科技發布的Double 185高塔(包含185米鋼混塔架和185米鋼制柔塔),產品基于鋼塔,對行業未來資源開發范圍給與了延伸。

    國內高塔筒技術雖起步較晚,但目前已然成熟,“柔塔”占絕對優勢,鋼混塔其次。

    但隨著塔筒不斷升高,質量和成本控制難度加大,對控制技術、制造運輸等多方面核心技術都帶來新的挑戰。為攻堅克難,斜拉索式、分片式塔筒、自提升技術、3D打印、木質塔筒等新技術也在不斷突破。

    圖片來源“中國海裝”

    作為國內首個“分片式”風電鋼混塔筒批量項目,江蘇國源寶應巳豐項目采用30臺中國海裝H136-2.2MW機組,搭配140m分片式鋼混塔筒。

    風電高塔技術,能顯著提高經濟效益毋庸置疑,但這絕非只是靠一個簡單的“高”字,而是涉及到機組控制策略、運輸、安裝、施工等一系列技術問題的整體工程解決方案。

    市場決定技術,展望未來,高塔技術將會催生新的技術變革。除風電鋼柔塔、混塔、桁架塔之外,不同結構形式的高塔架百花齊放,成為市場上重要的技術補充形式。

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