超高风机，混塔至上！

今年以来，国内大功率、长叶片、高塔筒的大型化风电机组推新换代明显加速， 5-6MW级别的陆上风机已从样机走向批量，海上10MW风机也已经进入吊装、并网阶段。

 

更大的风机需要更高的高度来支撑，作为风电机组的关键部件，塔筒肩负提升风机高度、保障机组安全的重要使命，国内主流的高塔筒方案有全钢柔塔技术和与混塔技术。

 

 

中国海装塔筒事业中心兰涌森指出，“当前，国内中东南部低风速区塔筒高度已攀升到160m级别，三北地区不少项目塔筒高度也逐步走向110m甚至更高，对于160m级别以上超高风机，全钢柔塔技术方案不确定性太大，同时，由于钢板等原材料的大幅上涨，也进一步拉低了全钢柔塔技术方案的经济性。”

 

随着塔架高度的不断增加，混塔技术成为提升风机高度与保障机组可靠性运行的必然选择。

 

据了解，国内的主流风电整机商均在开发混塔或其他型式的塔筒，探索风电机组大型化下的最优高塔筒解决方案。中国海装也在积极探索新的解决方案，本次展会也带来了可适配160米及更高高度的钢管混凝土格构式塔架。

 

国内最高170m陆上风电机组采用塔筒上部是传统的钢塔筒结构，下部是三节层层嵌套的多边形混凝土结构；全球陆上风电机组最高达230m，同样采用了上部钢结构，下部混凝土的混塔技术方案。

 

 

兰涌森认为，近年来我国在风机高度上已经取得一定程度上的突破，但未来，风电机组的高度，将不只于此。

 

风能协会数据显示，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，随着技术的逐步成熟，风电机组逐年高度稳步提升。

 

 

中东部低风速区域风资源具有高风切变的特点，按照0.3的风切变计算，高度从100m增加到140m，年平均风速将从5.0m/s增加到5.53m/s。因此，提高轮毂高度能使机组获取更好的捕风效益，大幅提高发电量，创造更多绿色能源。

 

兰涌森表示，中国海装山东鄄城一期风电项目年平均风速在5——6m/s之间，属于典型的低风速风电项目，经过多方交流和详细测算，中国海装采用混塔技术方案将风机塔高提升到实际轮毂高度140m。

 

项目自并网运行以来， 40台混塔机组表现优异，数据显示风机月均可利用小时数超出理论预期值达293h，位列山东区域同等风况第一名，年等效可利用小时数将在2900h以上。

 

 

高度在120m及以上的钢制塔筒，已属于柔性塔筒范畴。尽管近年“柔塔”应用已较为广泛，但其与风电机组的配合仍然是一项较为复杂的系统工程，机组的安全与可靠运行仍存在着不确定性。

 

在柔塔吊装阶段，一阶涡振会引起高塔顶部大幅振动，塔架启停过程中，二阶涡振则会快速损耗塔筒的疲劳寿命，疲劳损害快速累积将导致其破坏。机组运行时若控制出现偏差也易引起二阶涡振，共振危害性是很可怕的，近年来国内外发生的风机倒塔事故均为钢柔塔。

 

混塔是钢材和混凝土共同构成的塔架，具有结构刚度高、安全性好、发电性能优、高度不易受限等技术特点。兰涌森指出，其明显区别于柔塔的特性就是“刚性”，混塔不存在与叶轮产生共振的问题。混塔的刚性类似于传统的百米以下钢塔，塔筒固有频率和机组运行频率保持着良好的安全距离，在正常运行工况下不会出现共振现象。

 

正是因为这样，就算使用相同的机头面临相同的风况，混塔则完全不需要额外增加复杂的控制策略和外部配件，既可以应对各种复杂的工况，又不会增加其它运维负担，对于柔塔无法适应的复杂风资源项目，混塔也能够保障机组安全可靠运行。

 

 

兰涌森表示，中国海装始终把安全可靠放在第一位，坚定走技术引进、消化吸收再创新的合理发展路径，从2017年引进混塔技术开始，中国海装混塔团队历时3年与重庆大学周绪红院士团队联合消化吸收再开发，搭建了完善的技术开发体系，完成样机测试认证和多项关键技术实物验证，先后推出了16种系列化、标准化的混塔型谱。

 

生产、施工工艺方面，中国海装联合中国铁建、中核等实力雄厚的生产、施工单位，优化完善工艺技术近百项，生产、施工大幅提质增效，形成了成熟规范的作业指导文件，有效把控项目施工全过程质量。

 

 

行业发展初期，由于国内混塔技术设计开发体系不完善，生产、施工经验不成熟，混塔只停留在项目示范阶段，没有规模化应用。随着风电技术进步，风机高度的攀升，混塔技术优势逐渐凸现，其经济性、可行性不输柔塔。

 

经济性方面，受到进口铁矿石及国内限产环保政策影响，钢材价格逐步放涨，钢塔筒价格随之水涨船高，塔筒涨价无疑将加大业主的投资成本。对比而言混塔用钢量少，且商品混凝土价格及相关配料价格涨幅相对不大，钢筋价格和预应力索价格虽有升高，但其成本所占混塔成本比例较低，钢混塔终端售价仅小幅上涨。

 

据测算数据，以140m塔架为例，在钢塔筒采购单价为9500元/t时，钢混塔与全钢塔成本（含阻尼器等辅助系统）基本持平，随着钢塔筒采购价格持续走高，钢混塔成本优势愈发凸显，按目前钢塔筒采购价格11000元/t，钢混塔采购成本与之相比降低11.3%。在机组持续大型化、长叶片进程中，随着载荷进一步加大，钢混塔的成本优势将进一步显现。

 

 

兰涌森表示，对于中东南部风电项目，混塔技术方案的可行性更高。

 

在技术方面，中国海装推出的分片式钢混塔筒技术方案逐渐成熟，从样机到批量化装机，已经积累了相当丰富的设计、生产、施工、安装等各方面经验。混凝土塔筒质量上，我国拥有完善的体系及相关技术标准规范，对混凝土的控制水平也属国际领先，这些都是我国大规模发展混凝土塔筒产业的有力支撑。同时，中国海装主要混塔供应商为战略合作方中国铁建二十四局和中国船舶集团内部企业等，他们的业务范围覆盖了中东南部地区，生产基地交织组成辐射网，这对混塔生产、运输等环节提供了便利。

 

 

截至目前，中国海装已并网风电混塔项目超过10个。其中，山东鄄城华润混塔风电项目,发电量长期位居山东地区前三。江苏宝应国源风电项目，地处扬州地区，是国内首个“分片式”钢混塔筒批量项目。因其产品的优越性和对采用钢混塔筒机组的示范引领，获得了2020年中国风能创领先锋奖，并在该地区国内外多家高塔筒方案同台竞技下发电量稳踞前两名。

 

 

取得上述傲人成绩的背后，是基于中国海装在以下几方面作出的努力：

 

生产方面，中国海装装分片式钢混塔筒，混凝土塔筒段采用模块化设计，通用化单元，生产效率高。目前中国海装配套产业体系辐射范围涵盖中东部等地区，联合中国铁建等战略合作单位在江苏宜兴、新沂、山东鄄城、河南许昌等地部署有专业的混塔生产基地，可实现多点联动同时生产，为业主供货提供了充足的保证。

 

运输方面，中国海装建立了生产-发运-临存-拼装的短线流水作业工序，各环节灵活联动，迅速反应，高效交付。

 

吊装方面，中国海装通过分片式钢混塔筒，混塔段拼装、吊装采用流水作业，使用小型汽车吊即可完成拼装工序，整段吊装工艺可实现两天完成混塔段吊装。2020年中国海装钢完成混塔吊装风机上百台，年度装机提升率处于行业首位。，本次展会颁发设计认证的H171-4MW-163米高度钢混塔筒，以10万千瓦风电场计算，配合机组可在5.9米年平均风速下实现11.21%的高投资收益率，即将在山东、安徽等地区批量应用。

 

 

创新不仅在混塔技术领域，中国海装把创新精神贯穿企业发展的始终，兰涌森强调道。2021北京国际风能大会暨展览会上，中国海装以“创新引领、绿色发展强使命，海陆并举、向海图强显担当” 为主题，以中国船舶集团整体为形象亮相。

 

依托国家海上风电工程中心的协同创新机制和国家海上浮式风电示范项目在科技创新方面的带动作用，中国海装不断推陈出新，实现突破，推出陆上平价风电机型H171平台-3.6——5.0MW、H176平台-5.0——6.45MW、H185平台-4.55——6.25MW，推出海上竞价机型H210平台-8.0——12.0MW、H260级-16.XMW。

 

展会期间，中国海装就智慧风场建设、大数据应用、风光储一体化、源网荷储一体化等综合能源方向的创新成果进行了展示。

 

此外，中国海装联合国家节能中心、工业和信息化部国际经济技术合作中心、北京绿色交易所有限公司、重庆市能源利用监测中心、中国船舶信息中心对中国海装总部及其下属5个基地的碳排放情况进行了全面摸底，在了解碳排放现状的基础上，提出了一系列有针对性的减碳零碳措施，在未来两年内，中国海装将陆续开展减碳零碳行动，计划在2023年底实现碳中和。