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向上突破 鋼混塔筒更廣闊

光伏們發(fā)布時間:2021-04-30 10:55:58

在“30·60”雙碳目標(biāo)的指引下,國內(nèi)風(fēng)電行業(yè)迎來了新的發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)。面對近期市場的大規(guī)??蛘?,各主機(jī)商的競爭也愈演愈烈,長葉片、大兆瓦、輕量化塔筒等關(guān)重部件也在不斷刷新。業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)為,以河南、山東、江蘇、安徽等為代表的中東南部低風(fēng)速地區(qū),高塔項目也將在良好的大環(huán)境下綻放異彩。

在低風(fēng)速地區(qū)的解決方案中,全鋼柔性塔筒”憑借其較好的經(jīng)濟(jì)性、完善的供應(yīng)鏈、較短的吊裝周期等方面優(yōu)勢,在120-140米高度區(qū)間受到國內(nèi)市場偏愛。據(jù)不完全統(tǒng)計,目前國內(nèi)市場上在運(yùn)的120-140米高度風(fēng)機(jī)已超6000余臺,其中“柔塔”占比超過八成。盡管在國內(nèi)的市場接受度尚可,但面對平價市場,隨著塔筒高度的進(jìn)一步攀升,“柔塔”的可靠性也出現(xiàn)了諸多不確定因素。

我國低風(fēng)速地區(qū)分布示意圖

頻率降低、高度增加引發(fā)的現(xiàn)象和問題

柔性塔筒與剛性塔筒的區(qū)別在于,塔筒自身一階固有頻率與機(jī)組運(yùn)行時風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)頻率1P相交或小于1P的即為柔性塔筒。近年來,隨著大葉輪、大兆瓦機(jī)組的不斷發(fā)展,為獲取更好的發(fā)電收益率,不少業(yè)主已將傳統(tǒng)鋼塔高度要求推升至110米。從各主機(jī)商110米塔筒設(shè)計上來看,盡管塔筒一階固有頻率介于1P與3P之間仍然屬于剛性塔筒范圍,但由于輕量化的設(shè)計,塔筒一階固有頻率與1P之間的安全范圍已逐步透支。

坎貝爾圖-塔筒頻率示意圖

高度在120米及以上的鋼制塔筒,已屬于柔性塔筒范疇。盡管近年“柔塔”應(yīng)用已較為廣泛,但其與風(fēng)電機(jī)組的配合仍然是一項較為復(fù)雜的系統(tǒng)工程,機(jī)組的安全與可靠運(yùn)行仍存在著不確定性。

一方面,頻率的降低會導(dǎo)致“渦激振動”和“塔筒共振”現(xiàn)象?!叭崴钡跹b時,為抑制“渦激振動”引發(fā)的塔筒振動,常常需要加裝擾流條或臨時阻尼器。同時,隨著高度的增加導(dǎo)致吊裝時發(fā)生“渦激振動”的臨界風(fēng)速在不斷降低。運(yùn)行期間需要依賴控制策略來規(guī)避“塔筒共振”帶來的失穩(wěn)風(fēng)險,目前業(yè)內(nèi)主要通過“共振穿越”、“不平衡補(bǔ)償”、增加阻尼器等技術(shù)來實現(xiàn)。

另一方面,塔筒高度增加會帶來塔頂擺幅的增大,這對機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行、后期運(yùn)維以及結(jié)構(gòu)的疲勞都帶來了不少困擾。此外,低空急流現(xiàn)象會造成的風(fēng)輪軸向力和切向力變化,這對“柔塔”的抗剪能力提出更高挑戰(zhàn)。

突破瓶頸,各類嘗試

隨著風(fēng)輪直徑增長、單機(jī)容量提升、輪轂高度增加,“柔塔”的安全隱患及風(fēng)險也不斷上升;與此同時,“柔塔”的用鋼量也將大幅上升,經(jīng)濟(jì)性降低,運(yùn)輸便利性也將受限。為突破瓶頸,各類解決方案層出不窮,如分片式、斜拉式等。

以Enercon為代表的分片式,在國內(nèi)并未廣泛應(yīng)用。盡管可以解決塔筒運(yùn)輸尺寸受限問題,但如此高密度的螺栓連接,將極大程度削弱柔塔的吊裝優(yōu)勢。此外,針對螺栓的監(jiān)測及后期維護(hù)等也將帶來諸多問題。

以Vestas為代表的斜拉式,通過鋼絲繩的拉伸緊固,以達(dá)到降低塔筒受載為目的,但這種典型的桅桿式結(jié)構(gòu),雖然能夠提升部分塔筒的剛度,但增加的縱向受力仍然會給塔筒穩(wěn)定性埋下隱患。

各主機(jī)商為突破“柔塔”瓶頸所嘗試的各項技術(shù),大多數(shù)還處于樣機(jī)或小批量階段,能否在保證 “柔塔”可靠性和安全性的同時兼顧經(jīng)濟(jì)性,還需要充分驗證。

向上突破,鋼混塔筒更廣闊

鋼混塔筒技術(shù),可完美解決塔筒高度與可靠性之間的矛盾關(guān)系。鋼混塔筒設(shè)計頻率、剛度適中,無需穿越共振點(diǎn),機(jī)組擺幅小運(yùn)行更穩(wěn)定,無需過度依賴控制策略的保護(hù)。區(qū)別于“柔塔“技術(shù)路線,鋼混塔筒技術(shù)更偏重于塔筒本身。

以某140米鋼混塔筒為例,塔筒一階固有頻率位于0.27~0.3Hz區(qū)間,與傳統(tǒng)的90~100米鋼塔頻率相當(dāng)。同時隨著塔筒的高度提升,通過調(diào)整混凝土段的尺寸、形狀,以及鋼混比例,仍然可將塔筒頻率控制在剛性區(qū)間內(nèi),從而解決頻率問題,塔筒方能向上突破。

鋼混塔筒在海外市場經(jīng)歷了充分的時間檢驗,吊裝運(yùn)行的機(jī)組多達(dá)上萬臺。同時在“柔塔”設(shè)計方面沉淀頗深的某知名廠商,與在混凝土結(jié)構(gòu)方面有著豐富經(jīng)驗的Max B?gl于2020年宣布聯(lián)手合作,意在拓寬各類高塔技術(shù)路線,重點(diǎn)針對混凝土塔筒。其匹配166m和169m輪轂高度的V162/150-5.6MW機(jī)組,已獲得相關(guān)認(rèn)證。

我國作為基建強(qiáng)國,是全球大型工程應(yīng)用最多國家,擁有完善的體系及相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,對混凝土的控制水平也屬國際領(lǐng)先,這些都是我國大規(guī)模發(fā)展混凝土塔筒產(chǎn)業(yè)的有力支撐;同時,我國交建、中鐵等諸多企業(yè)的業(yè)務(wù)范圍覆蓋了中東南部地區(qū),生產(chǎn)基地交織組成輻射網(wǎng),這對混塔生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)提供了有利條件。

面對“30·60”目標(biāo),基建企業(yè)也在積極拓展布局新能源產(chǎn)業(yè),混塔將迎來合作共贏之局面。近年來,鋼混塔筒的批量化裝機(jī),推動了國內(nèi)吊裝技術(shù)的不斷提升,吊裝工藝逐漸完善,吊裝成本大幅下降。產(chǎn)學(xué)研深度融合的背景下,國內(nèi)高??蒲袡C(jī)構(gòu)等與各主機(jī)商也在積極推動鋼混塔筒的技術(shù)革新。

中國海裝推出的分片式鋼混塔筒,從樣機(jī)到批量化裝機(jī),已經(jīng)積累了相當(dāng)豐富的設(shè)計、生產(chǎn)、施工、安裝等各方面經(jīng)驗,獲得業(yè)主一致好評。分片式鋼混塔筒產(chǎn)品覆蓋120-160米輪轂高度范圍,匹配機(jī)組涵蓋了2.X~4.XMW。

作為國內(nèi)首個“分片式”鋼混塔筒批量項目,在3月28日舉辦的中國風(fēng)能新春茶話會暨2021風(fēng)電發(fā)展論壇上,江蘇國源寶應(yīng)巳豐項目,因其產(chǎn)品的優(yōu)越性和對采用鋼混塔筒機(jī)組的示范引領(lǐng),獲得了2020年中國風(fēng)能創(chuàng)領(lǐng)先鋒獎。

江蘇國源寶應(yīng)巳豐項目采用30臺中國海裝H136-2.2MW機(jī)組,搭配140m分片式鋼混塔筒。項目自并網(wǎng)以來,機(jī)組運(yùn)行良好、故障率低、可利用率高,風(fēng)機(jī)各項指標(biāo)均圓滿達(dá)成。在年平均風(fēng)速5.72m/s的條件下,預(yù)計項目年發(fā)電量可達(dá)186186MW.h,年等效滿發(fā)小時數(shù)約為2821h。

相信在“30·60”目標(biāo)的指引下,鋼混塔筒技術(shù)憑借其自身的優(yōu)勢不斷向上突破,將成為低風(fēng)速地區(qū)的優(yōu)選解決方案,為業(yè)主帶去更高、更安全、更穩(wěn)定的發(fā)電收益。

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