風(fēng)電平價時代洪流下，既要發(fā)電量，又要便宜，更重要是還需確保可靠性。
為追求更低的成本，傳統(tǒng)的低風(fēng)速風(fēng)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(fēng)機成為降本增效，提高競爭力的主要應(yīng)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(fēng)機利用小時數(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)切變相對較大，塔筒高度的提升，能顯著提高發(fā)電量增加風(fēng)場效益。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)機大型化是大勢所趨，與之相對應(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、鋼價等考量，全鋼柔塔、混塔、桁架塔應(yīng)勢而生，贏得了一席之地并被市場認(rèn)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(shù)風(fēng)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(dǎo)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(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)第一臺安裝柔塔的金風(fēng)科技樣機吊裝；2021年12月，中國風(fēng)電柔塔刷新紀(jì)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(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，有現(xiàn)場澆筑、現(xiàn)場工廠整環(huán)預(yù)制、集中工廠分片預(yù)制3種方案。
對于160m級別以上超高風(fēng)機，全鋼柔塔技術(shù)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(shù)成為提升風(fēng)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(fēng)電場實現(xiàn)全場并網(wǎng)。此后，160m、165m、166m風(fēng)電鋼混塔風(fēng)機相繼吊裝，整機商自主研發(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)電機組達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，并且可以在多種場景下應(yīng)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(fēng)險。
2020年9月，160m預(yù)應(yīng)力構(gòu)架式鋼管塔的風(fēng)機在山東鄄城并網(wǎng)，一舉刷新當(dāng)時我國風(fēng)電機組高度記錄；2021年10月，全球首座170m超高桁架式塔架風(fēng)電機組于山東項目吊裝。
百花齊放 超高風(fēng)機不止于“高”
業(yè)內(nèi)分析表示，未來3年的市場商機，風(fēng)切變大于0.2的容量超過3100萬千瓦，占總商機容量的22%；風(fēng)切變大于0.16的容量超過4300萬千瓦，占總商機容量的30%。
2015年前，70m級葉輪直徑的風(fēng)機塔筒高度在70-80m，CWEA數(shù)據(jù)顯示，2018年，風(fēng)電機組平均高度為91m，最高風(fēng)機達140m；2019年，風(fēng)電機組平均高度為96m，同步往年增加5m，最高風(fēng)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)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(shù)、制造運輸?shù)榷喾矫婧诵募夹g(shù)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(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“分片式”風(fēng)電鋼混塔筒批量項目，江蘇國源寶應(yīng)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(fēng)電高塔技術(shù)，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(shù)問題的整體工程解決方案。
市場決定技術(shù)，展望未來，高塔技術(shù)將會催生新的技術(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，成為市場上重要的技術(shù)補充形式。
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