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高塔架 激发风资源潜能

[日期:2022-01-19]   来源:   作者:   [字体: ]

面对占总量可达30%的高塔架市场商机,北京天杉高科风电科技有限责任公司(简称:天杉高科)副总经理丛欧向《风能》表示,通过运用与柔塔同类的控制策略技术,可解决185米超高钢混塔架高阶频率振动挑战。这似乎表明,高塔架技术没有边界,将风电市场做大做强才是风电技术发展的终极追求。

 

受访人:丛欧

北京天杉高科风电科技有限责任公司副总经理

《风能》:您如何看待陆上高塔架技术与市场的内在发展逻辑?

丛欧:我认为高塔架技术的发展与政治、技术、经济三者密不可分。从政治角度来看,国际市场受外部环境影响,对中国出口塔筒的限制越来越多,对提高“本地化率”要求越来越高;国内市场的大环境是要实现“双碳”发展目标下的规模化、高质量发展,用低碳材料减排。把国际和国内这两个大方向分析清楚是塔架技术发展的先决条件。随着风电进入平价时代,国补完全取消,电价越来越低,业主更关心的是收益率是否达标,关注单位千瓦EPC的成本是多少。目前一些风电项目的EPC投资成本已经低于5000元/千瓦,而实现这一点很大程度是依赖机组的大型化发展,通过机组大型化摊薄单位千瓦造价。也恰恰是机组的大型化给了塔架技术发展趋势的前端输入,高塔架发展必须紧跟这项发展趋势,确保风电开发的经济性。因此未来市场中,能符合大容量趋势并保持更低造价水平的塔架,将获得更大的发展空间。

《风能》:在2021北京国际风能大会暨展览会上,新疆金风科技股份有限公司(简称:金风科技)发布了185米柔塔和钢混塔两款产品,这是基于怎样的考虑?

丛欧:此次风能展发布的两款185米高塔架已经完成设计认证,2022年安装样机。之所以推出这两款塔架,主要是因为高塔架在未来几年将具备较大发展空间。在进行185米塔架设计时,我们是带着业主需求做的。国家已对清洁能源提出了更宏伟的发展目标,但不少优质风资源已经完成了开工建设或纳入了核准计划,可开发量越来越少,而同时湖南、湖北等不少中东南部山区的风资源却无法得到有效开发,不是风速过低就是成本过高,如果将塔架高度进一步提高,就能通过技术创新释放大量风资源价值。我们从未来3年的市场商机分析,风切变大于0.2的容量超过3100万千瓦,占总商机容量的22%,风切变大于0.16的容量超过4300万千瓦,占总商机容量的30%。同时,我们对比了不同高度的塔架方案,在不同的风切变下,从165米开始每升高15米进行一次数据比对,发现180米至190米是现有工程装备能力下经济性最好的一个方案。当最小风切变为0.16至0.28时,在100米高度处风速达到5m/s至4.6m/s,就可具备185米高塔开发条件,未来三年商机总容量可达1.44亿千瓦。

 

《风能》:在185米高塔的设计阶段,遇到了哪些新挑战,如何解决?

丛欧:从目前来看,做160米已经遇到了多个高阶振动问题,185米就需要调动更大的技术团队和更多精力去解决一个个未曾出现过的技术难题,尤其是在整机控制、载荷仿真等方面,需要同新机组开发同步。比如对于钢塔而言,70、80米挺“刚”的,升到140米就成柔塔了;钢混塔也是一样,在140m挺“刚”,升到180米、200米的时候也会变“柔”。面对超高钢混塔出现非一阶高阶频率振动的新课题,金风科技已经开发配套超高钢混塔的控制技术和阻尼技术能够有效控制振动。此外185米高塔在仿真设计参数的获取上,也需战胜很多挑战,比如在IEC标准里尽管对基础刚度、阻尼系数等给出了一些建议数值,但在中国使用就需要重新去复核,因为理论数据与实测数据之间的差距还是比较大的。金风科技之所以有底气去揽185米超高钢混塔这个“瓷器活”,也是基于现有700多台钢混塔架装机的后评估测试成果。

《风能》:为什么说高塔架技术能力与整机技术息息相关?针对不同产品或项目的高塔架定制化是一个怎样的过程?

丛欧:塔架设计指标与主机设计参数强相关,因为主机叶轮转速、大部件频率、叶尖净空及一系列控制要素和电控布局都是进行塔架设计的重要输入。比如塔架在主机紧急刹车时摆幅控制在在1米还是3米,其策略是完全不一样的。塔架不是盖楼房,在房顶上随便装一个机头肯定不行。要将塔架视作主机的一部分,不管钢塔还是钢混塔都是设备,比如,塔架刚度太大有时就会出现有3P频率振动的问题会引发某些主机部件的疲劳载荷发散。还有与塔架连接机组基础的刚度也会影响整机载荷,比如说在山地项目,基础持力层都是大理石,这个地方的基础刚度就特别大。把同样的塔架放到江苏的水塘边建设,基础刚度就低一些,整机载荷就又不一样。因此,塔架设计需要根据搭载的主机和具体项目进行整体考虑,迭代耦合完成。

 

《风能》:您怎样看高塔架技术发展,哪类高塔架是更好的选择?

丛欧:从业主角度更趋向于使用成熟可靠的技术路线,而非比较少见的形式。以钢混塔为例,其本身也是在不断演化的,10年前只有金风科技一家做钢混塔,现在做钢混塔的厂家多了,市场氛围也就好了,平价时代赋予了高塔架市场的高增长空间。记得刚开始研发钢混塔产品时,混凝土段短、钢段长,这是为了解决它的吊装问题。现在吊装问题解决了,成本下去了,混凝土段就可以更长一些。如果有频率限制,再去调整钢混段比例也很简单。随着机组大型化发展,钢混塔可能也会遇到不能进一步“瘦身”解决叶片净空问题,材料强度又无法继续提高的那一天,那时也可能会有新的塔架形式诞生,所以金风科技高塔架从来没有“一柔到底”或“一混到底”,因为技术肯定是要不断前行的。

《风能》:我们知道金风科技旗下天杉高科一直在研发与推广钢混塔技术,并实现了大批量应用,您如何看待钢混塔在未来市场的发展前景?

丛欧:对于普通钢塔而言,由于机组容量与叶轮直径越来越大,所受载荷就越来越大,运输又有限制,势必造成钢板较厚,成本显著增高。但钢混塔却可通过就近设厂解决底部大直径塔架运输问题,在一定程度能抑制住大机组塔架成本快速上涨的曲线。由于混凝土结构设计须符合国标相关技术标准,标准里有最低混凝土壁厚的限制要求,所以钢混塔在做3MW以下机组时余量未被充分利用,成本优势不够明显。当风电平价时代来临后,随着机组容量、叶轮直径、轮毂高度的明显提升,钢混塔余量得到进一步释放,经济性优势明显增强,同时兼具高可靠性。我们相信,钢混塔在未来大型化的风电市场中,会比此前体现出更多成本优势。

 

《风能》:请谈谈钢混塔近期的技术与市场发展趋势。

丛欧:钢混塔还是要不遗余力的持续改进工程的便利性,推进质量保障和交付保障这两项重点工作。从金风科技而言钢混塔产业化时间较长,其他钢混塔企业技术路线趋同,都是预制+体外预应力的技术方向。其目的是提升施工便利性,加快吊装速度,将质量控制好。分散式项目钢混塔的革新技术是管片塔,我们参照地铁管片一样的方式,不需打磨即可实现钢混塔干连接。2021年金风科技已经完成了171-4.0MW-HH140m和140-2.5MW-HH155m两台管片塔样机并网工作。在市场方面,钢混塔未来或将向存量市场延伸。从技术角度钢混塔并没有高度限制,未来是否需要更高的塔架高度,主要还是看业主的需求。但值得注意的是,可开发的风资源到215米左右,基本就到了一个瓶颈,那个时候高切变资源开发的基本差不多了。我们认为可以将存量视为未来的一个主要市场,对“三北”地区存量项目的塔架进行更换,降低塔架成本,提升机组发电能力。



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