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高塔筒技术鏖战中国风电市场

2021-04-09 来源:远景能源 浏览数:4177

新能源为主体的新型电力系统,正带动低风速风电迎来高质量开发应用的又一轮热潮。低风速风电高质量开发,离不开成熟的高塔筒技术解决方案。柔性钢塔(柔塔)、混凝土塔筒(混塔)、桁架结构塔架、斜拉索结构塔架,各种高塔筒技术解决方案层出不穷。中国风电市场正成为各种高塔筒技术比拼的新战场。

柔塔渐受中国市场青睐
  
  风切变反映了风在距离地面不同高度的变化程度。切变值越大,更高层的风速就越高,风能利用价值也就越大。风速较低而不具备投资价值的项目,可以通过高塔筒有效提高发电量,从而具备投资价值。
  
  一位风电整体解决方案相关负责人告诉记者,塔筒占整个风电机组成本的20%—25%,提升塔筒的经济性,在深挖度电成本潜能的当下,同样至关重要。按照传统钢塔的设计和工艺,塔高超过100米后,塔筒重量会出现指数型增加。高风速带来的发电收益提升难以抵消塔筒成本的增加。
  
  如何兼顾塔筒升高、成本可控的双重要求?“当前,主流的降低塔筒成本的技术方案有两种:用混凝土替代一部分钢材料,这就是混塔方案;采用轻量化的纯钢塔筒设计,配合新的控制策略,这就是柔塔方案。”运达股份的相关技术人士介绍称。
  
  据了解,在国际市场上,混塔占据高塔筒市场大部分的份额,而在中国市场,却恰恰相反,柔塔市场份额日益占据上风。
  
  有统计显示,中国市场自2016年首台120米全钢柔性高塔率先投运以来,目前市场上在运120-140米高塔筒风机已经超过6000台。其中柔塔方案约占87%、混塔方案约占13%,即柔塔方案和混塔方案比例为7:1。混塔仅在120米高度有部分业绩。到140米高度,柔塔方案混塔方案比例已成98:2。
  
  国际龙头整机商维斯塔斯的一位技术负责人告诉记者,维斯塔斯在中国市场目前只推柔塔技术。而国内整机商金风科技、远景能源等也是力推柔塔技术。此中有何缘由?
  
 
混塔可靠性依赖于施工质量
  
  “客观地说,混塔和柔塔各有优势。市场份额的多少并不能表明一种技术路线优于另一种技术路线。”一位业内资深人士表示,“针对具体的项目,该选择柔塔还是混塔,需要因地制宜,综合考量。”
  
  “采用柔塔方案,随着塔筒的增高,成本并不会增加太多,经济性优势突出。同时,柔塔的工艺标准更健全,设计过程更高效,且供应链成熟,制造周期短,退役拆解方便。”国内某知名柔塔制造企业相关负责人告诉记者。
  
  一家混塔设计公司的相关人士则表示,相比柔塔,混塔也有独特优势。其整体结构刚度大,优异的抗疲劳和避振性能,使其结构更安全,有利于保障机组全生命周期安全高效运行。同时,混塔可现场预制不受运输条件限制,无紧固件连接无需定期检修维护,从而降低了后期运维成本。
  
  在欧洲一些地区,因为钢价高,业主更倾向于采用混塔方案,而在南美地区,因为基础工业水平低,也更倾向于采用技术门槛相对较低的混塔方案。这导致了混塔方案在全球高塔筒市场上占有较大比例。
  
  “但是,混塔有一个关键难题,其安全可靠性很大程度上取决于施工质量。由于涉及土建施工,整机商很难对此具有百分之百的把控力。中国国内土建施工水平参差不齐给这一技术路线带来了较大不确定性。这也是维斯塔斯暂时不在中国市场推混塔技术路线的一个重要因素。” 维斯塔斯上述技术负责人称,“相比混塔技术,维斯塔斯大约在2000年就设计了当时概念的105米高塔,至此已成功运行20年。通过20年间的技术沉淀,在柔塔的设计及运行策略方面已经积累了足够的经验,目前柔塔方案在经济性上也优于混塔方案。”
  
  2016年,当中国风机达到史无前例的120米新高度时,市场对于高塔筒技术方案安全性普遍持谨慎态度。混塔被认为是较为稳妥的选择,柔塔则是带有创新冒险的因素。
  
  然而,经过几年的激荡,中国市场对于新技术的接受度大大提升。中国风电市场不仅接纳了新技术,而且还培育了很多新技术。柔塔技术方案的人气和项目应用逐渐甩开混塔技术方案。
  
  
头部整机商方案更有保障
  
  技术没有优劣,但不可回避的一个事实是,采用柔塔技术方案对整机商的技术能力、控制策略提出了更极致的要求。也正因此,只有头部的整机商,才具备成熟的柔塔技术解决方案。
  
  “有观点认为,采用与传统塔筒技术更趋一致的混塔方案安全性更高。其实,这是一种源于直觉的判断。就像人们往往认为汽车比飞机更安全一样,实际却是飞机的事故发生率比汽车低。”上述业内资深人士说,“当然,这也提醒行业,必须选择技术成熟的头部整机商,才能保证其柔塔方案的可靠性。”
  
  据业内人士透露,某国内整机商在120米塔筒高度时曾主推混塔技术,而在140米、160米塔筒高度时主推柔塔技术。正是由于混塔的技术门槛相对较低,当时该整机商柔塔技术还未完全突破,因此选择了把较为保险的混塔技术方案推向市场。而柔塔技术一旦突破,比如伴随着分片式技术的逐步应用,塔筒直径设计突破运输瓶颈,塔筒的不断增高并不会构成太大挑战。
  
  正如硬币的两面,柔塔优势明显,但也面临着共振与涡激的难题。
  
  据介绍,由于高度增加导致柔塔的自身固有频率下降,会与叶轮转频产生交点,导致频率共振,极大降低塔架与整机各部件的寿命。为了穿越共振点,减小摆动,需要整机商对机组的控制策略有较强的优化能力。
  
  “规避共振风险,是柔塔核心的技术。早期的控制策略是穿越共振区,但这种方式会导致发电量受到些许损失,经过技术迭代,现在远景采取更加先进的控制策略避免了发电量的损失。”远景能源相关技术负责人说。
  
  业内人士称,工业产品需要批量和验证。从数据来看,140米高度的柔性钢塔目前投运较多。风电高质量发展,可靠性是平价甚至低价的前提。

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