新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，正帶動低風(fēng)速風(fēng)電迎來高質(zhì)量開發(fā)應(yīng)用的又一輪熱潮。低風(fēng)速風(fēng)電高質(zhì)量開發(fā)，離不開成熟的高塔筒技術(shù)解決方案。柔性鋼塔（柔塔）、混凝土塔筒（混塔）、桁架結(jié)構(gòu)塔架、斜拉索結(jié)構(gòu)塔架，各種高塔筒技術(shù)解決方案層出不窮。中國風(fēng)電市場正成為各種高塔筒技術(shù)比拼的新戰(zhàn)場。
來源：微信公眾號“中國能源報”ID：cnenergy
柔塔漸受中國市場青睞
風(fēng)切變反映了風(fēng)在距離地面不同高度的變化程度。切變值越大，更高層的風(fēng)速就越高，風(fēng)能利用價值也就越大。風(fēng)速較低而不具備投資價值的項目，可以通過高塔筒有效提高發(fā)電量，從而具備投資價值。
一位風(fēng)電整體解決方案相關(guān)負(fù)責(zé)人告訴記者，塔筒占整個風(fēng)電機組成本的20%—25%，提升塔筒的經(jīng)濟(jì)性，在深挖度電成本潛能的當(dāng)下，同樣至關(guān)重要。按照傳統(tǒng)鋼塔的設(shè)計和工藝,塔高超過100米后，塔筒重量會出現(xiàn)指數(shù)型增加。高風(fēng)速帶來的發(fā)電收益提升難以抵消塔筒成本的增加。
如何兼顧塔筒升高、成本可控的雙重要求？“當(dāng)前，主流的降低塔筒成本的技術(shù)方案有兩種：用混凝土替代一部分鋼材料，這就是混塔方案；采用輕量化的純鋼塔筒設(shè)計，配合新的控制策略，這就是柔塔方案。”運達(dá)股份的相關(guān)技術(shù)人士介紹稱。
據(jù)了解，在國際市場上，混塔占據(jù)高塔筒市場大部分的份額，而在中國市場，卻恰恰相反，柔塔市場份額日益占據(jù)上風(fēng)。
有統(tǒng)計顯示，中國市場自2016年首臺120米全鋼柔性高塔率先投運以來，目前市場上在運120-140米高塔筒風(fēng)機已經(jīng)超過6000臺。其中柔塔方案約占87%、混塔方案約占13%，即柔塔方案和混塔方案比例為7:1?；焖H在120米高度有部分業(yè)績。到140米高度，柔塔方案混塔方案比例已成98:2。
國際龍頭整機商維斯塔斯的一位技術(shù)負(fù)責(zé)人告訴記者，維斯塔斯在中國市場目前只推柔塔技術(shù)。而國內(nèi)整機商金風(fēng)科技、遠(yuǎn)景能源等也是力推柔塔技術(shù)。此中有何緣由？
混塔可靠性依賴于施工質(zhì)量
“客觀地說，混塔和柔塔各有優(yōu)勢。市場份額的多少并不能表明一種技術(shù)路線優(yōu)于另一種技術(shù)路線?！币晃粯I(yè)內(nèi)資深人士表示，“針對具體的項目，該選擇柔塔還是混塔，需要因地制宜，綜合考量。”
“采用柔塔方案，隨著塔筒的增高，成本并不會增加太多，經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢突出。同時，柔塔的工藝標(biāo)準(zhǔn)更健全，設(shè)計過程更高效，且供應(yīng)鏈成熟，制造周期短，退役拆解方便?！眹鴥?nèi)某知名柔塔制造企業(yè)相關(guān)負(fù)責(zé)人告訴記者。
一家混塔設(shè)計公司的相關(guān)人士則表示，相比柔塔，混塔也有獨特優(yōu)勢。其整體結(jié)構(gòu)剛度大，優(yōu)異的抗疲勞和避振性能，使其結(jié)構(gòu)更安全，有利于保障機組全生命周期安全高效運行。同時，混塔可現(xiàn)場預(yù)制不受運輸條件限制，無緊固件連接無需定期檢修維護(hù)，從而降低了后期運維成本。
在歐洲一些地區(qū)，因為鋼價高，業(yè)主更傾向于采用混塔方案，而在南美地區(qū)，因為基礎(chǔ)工業(yè)水平低，也更傾向于采用技術(shù)門檻相對較低的混塔方案。這導(dǎo)致了混塔方案在全球高塔筒市場上占有較大比例。
“但是，混塔有一個關(guān)鍵難題，其安全可靠性很大程度上取決于施工質(zhì)量。由于涉及土建施工，整機商很難對此具有百分之百的把控力。中國國內(nèi)土建施工水平參差不齊給這一技術(shù)路線帶來了較大不確定性。這也是維斯塔斯暫時不在中國市場推混塔技術(shù)路線的一個重要因素。” 維斯塔斯上述技術(shù)負(fù)責(zé)人稱，“相比混塔技術(shù)，維斯塔斯大約在2000年就設(shè)計了當(dāng)時概念的105米高塔，至此已成功運行20年。通過20年間的技術(shù)沉淀，在柔塔的設(shè)計及運行策略方面已經(jīng)積累了足夠的經(jīng)驗，目前柔塔方案在經(jīng)濟(jì)性上也優(yōu)于混塔方案?！?/p>
2016年，當(dāng)中國風(fēng)機達(dá)到史無前例的120米新高度時，市場對于高塔筒技術(shù)方案安全性普遍持謹(jǐn)慎態(tài)度?；焖徽J(rèn)為是較為穩(wěn)妥的選擇，柔塔則是帶有創(chuàng)新冒險的因素。
然而，經(jīng)過幾年的激蕩，中國市場對于新技術(shù)的接受度大大提升。中國風(fēng)電市場不僅接納了新技術(shù)，而且還培育了很多新技術(shù)。柔塔技術(shù)方案的人氣和項目應(yīng)用逐漸甩開混塔技術(shù)方案。
頭部整機商方案更有保障
技術(shù)沒有優(yōu)劣，但不可回避的一個事實是，采用柔塔技術(shù)方案對整機商的技術(shù)能力、控制策略提出了更極致的要求。也正因此，只有頭部的整機商，才具備成熟的柔塔技術(shù)解決方案。
“有觀點認(rèn)為，采用與傳統(tǒng)塔筒技術(shù)更趨一致的混塔方案安全性更高。其實，這是一種源于直覺的判斷。就像人們往往認(rèn)為汽車比飛機更安全一樣，實際卻是飛機的事故發(fā)生率比汽車低。”上述業(yè)內(nèi)資深人士說，“當(dāng)然，這也提醒行業(yè)，必須選擇技術(shù)成熟的頭部整機商，才能保證其柔塔方案的可靠性?！?/p>
據(jù)業(yè)內(nèi)人士透露，某國內(nèi)整機商在120米塔筒高度時曾主推混塔技術(shù)，而在140米、160米塔筒高度時主推柔塔技術(shù)。正是由于混塔的技術(shù)門檻相對較低，當(dāng)時該整機商柔塔技術(shù)還未完全突破，因此選擇了把較為保險的混塔技術(shù)方案推向市場。而柔塔技術(shù)一旦突破，比如伴隨著分片式技術(shù)的逐步應(yīng)用，塔筒直徑設(shè)計突破運輸瓶頸，塔筒的不斷增高并不會構(gòu)成太大挑戰(zhàn)。
正如硬幣的兩面，柔塔優(yōu)勢明顯，但也面臨著共振與渦激的難題。
據(jù)介紹，由于高度增加導(dǎo)致柔塔的自身固有頻率下降，會與葉輪轉(zhuǎn)頻產(chǎn)生交點,導(dǎo)致頻率共振，極大降低塔架與整機各部件的壽命。為了穿越共振點，減小擺動，需要整機商對機組的控制策略有較強的優(yōu)化能力。
“規(guī)避共振風(fēng)險，是柔塔核心的技術(shù)。早期的控制策略是穿越共振區(qū)，但這種方式會導(dǎo)致發(fā)電量受到些許損失，經(jīng)過技術(shù)迭代，現(xiàn)在遠(yuǎn)景采取更加先進(jìn)的控制策略避免了發(fā)電量的損失。”遠(yuǎn)景能源相關(guān)技術(shù)負(fù)責(zé)人說。
業(yè)內(nèi)人士稱，工業(yè)產(chǎn)品需要批量和驗證。從數(shù)據(jù)來看，140米高度的柔性鋼塔目前投運較多。風(fēng)電高質(zhì)量發(fā)展，可靠性是平價甚至低價的前提。
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