風電平價時代洪流下,既要發(fā)電量,又要便宜,更重要是還需確?煽啃浴
為追求更低的成本,傳統(tǒng)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(yè)內(nèi)開始想辦法通過加高塔架來提高風機利用小時數(shù)。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(qū)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(fā)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(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(jīng)濟性提高,但存在一定技術風險點。柔塔在葉輪轉(zhuǎn)速到某一個點上會產(chǎn)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(wěn)定運行。
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、運輸、吊裝和傳統(tǒng)剛性塔架并無實質(zhì)區(qū)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(zhuǎn)速有關,葉輪額定轉(zhuǎn)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(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
2015年1月7日,國內(nèi)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(xiàn)場澆筑、現(xiàn)場工廠整環(huán)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,我國采用140m鋼混塔的風電場實現(xiàn)全場并網(wǎng)。此后,160m、165m、166m風電鋼混塔風機相繼吊裝,整機商自主研發(fā)技術取得里程碑式的突破。
據(jù)了解,當前全球高陸上風電機組達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(jié)省用鋼量,并且可以在多種場景下應用,經(jīng)濟性和穩(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(wǎng),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(yè)內(nèi)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(shù)據(jù)顯示,2018年,風電機組平均高度為91m,高風機達140m;2019年,風電機組平均高度為96m,同步往年增加5m,高風機達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)北極星了解,目前高為金風科技發(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)高塔筒技術雖起步較晚,但目前已然成熟,“柔塔”占優(yōu)勢,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,對控制技術、制造運輸?shù)榷喾矫婧诵募夹g都帶來新的挑戰(zhàn)。為攻堅克難,斜拉索式、分片式塔筒、自提升技術、3D打印、木質(zhì)塔筒等新技術也在不斷突破。
圖片來源“中國海裝”
作為國內(nèi)“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(jīng)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。