今年以來，國內大功率、長葉片、高塔筒的大型化風電機組推新換代明顯加速， 5-6MW級別的陸上風機已從樣機走向批量，海上10MW風機也已經進入吊裝、并網階段。

 

更大的風機需要更高的高度來支撐，作為風電機組的關鍵部件，塔筒肩負提升風機高度、保障機組安全的重要使命，國內主流的高塔筒方案有全鋼柔塔技術和與混塔技術。

 

 

中國海裝塔筒事業中心蘭涌森指出，“當前，國內中東南部低風速區塔筒高度已攀升到160m級別，三北地區不少項目塔筒高度也逐步走向110m甚至更高，對于160m級別以上超高風機，全鋼柔塔技術方案不確定性太大，同時，由于鋼板等原材料的大幅上漲，也進一步拉低了全鋼柔塔技術方案的經濟性。”

 

隨著塔架高度的不斷增加，混塔技術成為提升風機高度與保障機組可靠性運行的必然選擇。

 

據了解，國內的主流風電整機商均在開發混塔或其他型式的塔筒，探索風電機組大型化下的最優高塔筒解決方案。中國海裝也在積極探索新的解決方案，本次展會也帶來了可適配160米及更高高度的鋼管混凝土格構式塔架。

 

國內最高170m陸上風電機組采用塔筒上部是傳統的鋼塔筒結構，下部是三節層層嵌套的多邊形混凝土結構；全球陸上風電機組最高達230m，同樣采用了上部鋼結構，下部混凝土的混塔技術方案。

 

 

蘭涌森認為，近年來我國在風機高度上已經取得一定程度上的突破，但未來，風電機組的高度，將不只于此。

 

風能協會數據顯示，2018年，風電機組平均高度為91m，最高風機達140m；2019年，風電機組平均高度為96m，同步往年增加5m，最高風機達147m，同步往年增加7m，隨著技術的逐步成熟，風電機組逐年高度穩步提升。

 

 

中東部低風速區域風資源具有高風切變的特點，按照0.3的風切變計算，高度從100m增加到140m，年平均風速將從5.0m/s增加到5.53m/s。因此，提高輪轂高度能使機組獲取更好的捕風效益，大幅提高發電量，創造更多綠色能源。

 

蘭涌森表示，中國海裝山東鄄城一期風電項目年平均風速在5——6m/s之間，屬于典型的低風速風電項目，經過多方交流和詳細測算，中國海裝采用混塔技術方案將風機塔高提升到實際輪轂高度140m。

 

項目自并網運行以來， 40臺混塔機組表現優異，數據顯示風機月均可利用小時數超出理論預期值達293h，位列山東區域同等風況第一名，年等效可利用小時數將在2900h以上。

 

 

高度在120m及以上的鋼制塔筒，已屬于柔性塔筒范疇。盡管近年“柔塔”應用已較為廣泛，但其與風電機組的配合仍然是一項較為復雜的系統工程，機組的安全與可靠運行仍存在著不確定性。

 

在柔塔吊裝階段，一階渦振會引起高塔頂部大幅振動，塔架啟停過程中，二階渦振則會快速損耗塔筒的疲勞壽命，疲勞損害快速累積將導致其破壞。機組運行時若控制出現偏差也易引起二階渦振，共振危害性是很可怕的，近年來國內外發生的風機倒塔事故均為鋼柔塔。

 

混塔是鋼材和混凝土共同構成的塔架，具有結構剛度高、安全性好、發電性能優、高度不易受限等技術特點。蘭涌森指出，其明顯區別于柔塔的特性就是“剛性”，混塔不存在與葉輪產生共振的問題。混塔的剛性類似于傳統的百米以下鋼塔，塔筒固有頻率和機組運行頻率保持著良好的安全距離，在正常運行工況下不會出現共振現象。

 

正是因為這樣，就算使用相同的機頭面臨相同的風況，混塔則完全不需要額外增加復雜的控制策略和外部配件，既可以應對各種復雜的工況，又不會增加其它運維負擔，對于柔塔無法適應的復雜風資源項目，混塔也能夠保障機組安全可靠運行。

 

 

蘭涌森表示，中國海裝始終把安全可靠放在第一位，堅定走技術引進、消化吸收再創新的合理發展路徑，從2017年引進混塔技術開始，中國海裝混塔團隊歷時3年與重慶大學周緒紅院士團隊聯合消化吸收再開發，搭建了完善的技術開發體系，完成樣機測試認證和多項關鍵技術實物驗證，先后推出了16種系列化、標準化的混塔型譜。

 

生產、施工工藝方面，中國海裝聯合中國鐵建、中核等實力雄厚的生產、施工單位，優化完善工藝技術近百項，生產、施工大幅提質增效，形成了成熟規范的作業指導文件，有效把控項目施工全過程質量。

 

 

行業發展初期，由于國內混塔技術設計開發體系不完善，生產、施工經驗不成熟，混塔只停留在項目示范階段，沒有規模化應用。隨著風電技術進步，風機高度的攀升，混塔技術優勢逐漸凸現，其經濟性、可行性不輸柔塔。

 

經濟性方面，受到進口鐵礦石及國內限產環保政策影響，鋼材價格逐步放漲，鋼塔筒價格隨之水漲船高，塔筒漲價無疑將加大業主的投資成本。對比而言混塔用鋼量少，且商品混凝土價格及相關配料價格漲幅相對不大，鋼筋價格和預應力索價格雖有升高，但其成本所占混塔成本比例較低，鋼混塔終端售價僅小幅上漲。

 

據測算數據，以140m塔架為例，在鋼塔筒采購單價為9500元/t時，鋼混塔與全鋼塔成本（含阻尼器等輔助系統）基本持平，隨著鋼塔筒采購價格持續走高，鋼混塔成本優勢愈發凸顯，按目前鋼塔筒采購價格11000元/t，鋼混塔采購成本與之相比降低11.3%。在機組持續大型化、長葉片進程中，隨著載荷進一步加大，鋼混塔的成本優勢將進一步顯現。

 

 

蘭涌森表示，對于中東南部風電項目，混塔技術方案的可行性更高。

 

在技術方面，中國海裝推出的分片式鋼混塔筒技術方案逐漸成熟，從樣機到批量化裝機，已經積累了相當豐富的設計、生產、施工、安裝等各方面經驗。混凝土塔筒質量上，我國擁有完善的體系及相關技術標準規范，對混凝土的控制水平也屬國際領先，這些都是我國大規模發展混凝土塔筒產業的有力支撐。同時，中國海裝主要混塔供應商為戰略合作方中國鐵建二十四局和中國船舶集團內部企業等，他們的業務范圍覆蓋了中東南部地區，生產基地交織組成輻射網，這對混塔生產、運輸等環節提供了便利。

 

 

截至目前，中國海裝已并網風電混塔項目超過10個。其中，山東鄄城華潤混塔風電項目,發電量長期位居山東地區前三。江蘇寶應國源風電項目，地處揚州地區，是國內首個“分片式”鋼混塔筒批量項目。因其產品的優越性和對采用鋼混塔筒機組的示范引領，獲得了2020年中國風能創領先鋒獎，并在該地區國內外多家高塔筒方案同臺競技下發電量穩踞前兩名。

 

 

取得上述傲人成績的背后，是基于中國海裝在以下幾方面作出的努力：

 

生產方面，中國海裝裝分片式鋼混塔筒，混凝土塔筒段采用模塊化設計，通用化單元，生產效率高。目前中國海裝配套產業體系輻射范圍涵蓋中東部等地區，聯合中國鐵建等戰略合作單位在江蘇宜興、新沂、山東鄄城、河南許昌等地部署有專業的混塔生產基地，可實現多點聯動同時生產，為業主供貨提供了充足的保證。

 

運輸方面，中國海裝建立了生產-發運-臨存-拼裝的短線流水作業工序，各環節靈活聯動，迅速反應，高效交付。

 

吊裝方面，中國海裝通過分片式鋼混塔筒，混塔段拼裝、吊裝采用流水作業，使用小型汽車吊即可完成拼裝工序，整段吊裝工藝可實現兩天完成混塔段吊裝。2020年中國海裝鋼完成混塔吊裝風機上百臺，年度裝機提升率處于行業首位。，本次展會頒發設計認證的H171-4MW-163米高度鋼混塔筒，以10萬千瓦風電場計算，配合機組可在5.9米年平均風速下實現11.21%的高投資收益率，即將在山東、安徽等地區批量應用。

 

 

創新不僅在混塔技術領域，中國海裝把創新精神貫穿企業發展的始終，蘭涌森強調道。2021北京國際風能大會暨展覽會上，中國海裝以“創新引領、綠色發展強使命，海陸并舉、向海圖強顯擔當” 為主題，以中國船舶集團整體為形象亮相。

 

依托國家海上風電工程中心的協同創新機制和國家海上浮式風電示范項目在科技創新方面的帶動作用，中國海裝不斷推陳出新，實現突破，推出陸上平價風電機型H171平臺-3.6——5.0MW、H176平臺-5.0——6.45MW、H185平臺-4.55——6.25MW，推出海上競價機型H210平臺-8.0——12.0MW、H260級-16.XMW。

 

展會期間，中國海裝就智慧風場建設、大數據應用、風光儲一體化、源網荷儲一體化等綜合能源方向的創新成果進行了展示。

 

此外，中國海裝聯合國家節能中心、工業和信息化部國際經濟技術合作中心、北京綠色交易所有限公司、重慶市能源利用監測中心、中國船舶信息中心對中國海裝總部及其下屬5個基地的碳排放情況進行了全面摸底，在了解碳排放現狀的基礎上，提出了一系列有針對性的減碳零碳措施，在未來兩年內，中國海裝將陸續開展減碳零碳行動，計劃在2023年底實現碳中和。