今年以來，國內(nèi)大功率、長葉片、高塔筒的大型化風電機組推新?lián)Q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(jīng)進入吊裝、并網(wǎng)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(guān)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(nèi)主流的高塔筒方案有全鋼柔塔技術(shù)和與混塔技術(shù)。
☆ 風電機組的高度，不只于此☆
中國海裝塔筒事業(yè)中心蘭涌森指出，“當前，國內(nèi)中東南部低風速區(qū)塔筒高度已攀升到160m級別，三北地區(qū)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(shù)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(shù)方案的經(jīng)濟性。”
隨著塔架高度的不斷增加，混塔技術(shù)成為提升風機高度與保障機組可靠性運行的必然選擇。
據(jù)了解，國內(nèi)的主流風電整機商均在開發(fā)混塔或其他型式的塔筒，探索風電機組大型化下的最優(yōu)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(gòu)式塔架。
國內(nèi)最高170m陸上風電機組采用塔筒上部是傳統(tǒng)的鋼塔筒結(jié)構(gòu)，下部是三節(jié)層層嵌套的多邊形混凝土結(jié)構(gòu)；全球陸上風電機組最高達230m，同樣采用了上部鋼結(jié)構(gòu)，下部混凝土的混塔技術(shù)方案。
蘭涌森認為，近年來我國在風機高度上已經(jīng)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(xié)會數(shù)據(jù)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(shù)的逐步成熟，風電機組逐年高度穩(wěn)步提升。
中東部低風速區(qū)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(fā)電量，創(chuàng)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(jīng)過多方交流和詳細測算，中國海裝采用混塔技術(shù)方案將風機塔高提升到實際輪轂高度140m。
項目自并網(wǎng)運行以來， 40臺混塔機組表現(xiàn)優(yōu)異，數(shù)據(jù)顯示風機月均可利用小時數(shù)超出理論預期值達293h，位列山東區(qū)域同等風況第一名，年等效可利用小時數(shù)將在2900h以上。
☆ 混塔技術(shù)，超高風機的安全堡壘 ☆
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(tǒng)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(xiàn)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(nèi)外發(fā)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(gòu)成的塔架，具有結(jié)構(gòu)剛度高、安全性好、發(fā)電性能優(yōu)、高度不易受限等技術(shù)特點。蘭涌森指出，其明顯區(qū)別于柔塔的特性就是“剛性”，混塔不存在與葉輪產(chǎn)生共振的問題。混塔的剛性類似于傳統(tǒng)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(xiàn)共振現(xiàn)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(shù)引進、消化吸收再創(chuàng)新的合理發(fā)展路徑，從2017年引進混塔技術(shù)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(lián)合消化吸收再開發(fā)，搭建了完善的技術(shù)開發(fā)體系，完成樣機測試認證和多項關(guān)鍵技術(shù)實物驗證，先后推出了16種系列化、標準化的混塔型譜。
生產(chǎn)、施工工藝方面，中國海裝聯(lián)合中國鐵建、中核等實力雄厚的生產(chǎn)、施工單位，優(yōu)化完善工藝技術(shù)近百項，生產(chǎn)、施工大幅提質(zhì)增效，形成了成熟規(guī)范的作業(yè)指導文件，有效把控項目施工全過程質(zhì)量。
☆ 混塔經(jīng)濟性、可行性不輸柔塔 ☆
行業(yè)發(fā)展初期，由于國內(nèi)混塔技術(shù)設(shè)計開發(fā)體系不完善，生產(chǎn)、施工經(jīng)驗不成熟，混塔只停留在項目示范階段，沒有規(guī)模化應用。隨著風電技術(shù)進步，風機高度的攀升，混塔技術(shù)優(yōu)勢逐漸凸現(xiàn)，其經(jīng)濟性、可行性不輸柔塔。
經(jīng)濟性方面，受到進口鐵礦石及國內(nèi)限產(chǎn)環(huán)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(yè)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(guān)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(jù)測算數(shù)據(jù)，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(tǒng)）基本持平，隨著鋼塔筒采購價格持續(xù)走高，鋼混塔成本優(yōu)勢愈發(fā)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(xù)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(yōu)勢將進一步顯現(xiàn)。
蘭涌森表示，對于中東南部風電項目，混塔技術(shù)方案的可行性更高。
在技術(shù)方面，中國海裝推出的分片式鋼混塔筒技術(shù)方案逐漸成熟，從樣機到批量化裝機，已經(jīng)積累了相當豐富的設(shè)計、生產(chǎn)、施工、安裝等各方面經(jīng)驗。混凝土塔筒質(zhì)量上，我國擁有完善的體系及相關(guān)技術(shù)標準規(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，中國海裝主要混塔供應商為戰(zhàn)略合作方中國鐵建二十四局和中國船舶集團內(nèi)部企業(yè)等，他們的業(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)、運輸?shù)拳h(huán)節(jié)提供了便利。
☆ 示范引領(lǐng)，打造風電混塔項目標桿 ☆
截至目前，中國海裝已并網(wǎng)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(fā)電量長期位居山東地區(qū)前三。江蘇寶應國源風電項目，地處揚州地區(qū)，是國內(nèi)首個“分片式”鋼混塔筒批量項目。因其產(chǎn)品的優(yōu)越性和對采用鋼混塔筒機組的示范引領(lǐng)，獲得了2020年中國風能創(chuàng)領(lǐng)先鋒獎，并在該地區(qū)國內(nèi)外多家高塔筒方案同臺競技下發(fā)電量穩(wěn)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(chǎn)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(shè)計，通用化單元，生產(chǎn)效率高。目前中國海裝配套產(chǎn)業(yè)體系輻射范圍涵蓋中東部等地區(qū)，聯(lián)合中國鐵建等戰(zhàn)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(yè)的混塔生產(chǎn)基地，可實現(xiàn)多點聯(lián)動同時生產(chǎn)，為業(yè)主供貨提供了充足的保證。
運輸方面，中國海裝建立了生產(chǎn)-發(fā)運-臨存-拼裝的短線流水作業(yè)工序，各環(huán)節(jié)靈活聯(lián)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(yè)，使用小型汽車吊即可完成拼裝工序，整段吊裝工藝可實現(xiàn)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(yè)首位。，本次展會頒發(fā)設(shè)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(xiàn)11.21%的高投資收益率，即將在山東、安徽等地區(qū)批量應用。
☆ 推陳出新，用平價風機迎接零碳未來 ☆
創(chuàng)新不僅在混塔技術(shù)領(lǐng)域，中國海裝把創(chuàng)新精神貫穿企業(yè)發(fā)展的始終，蘭涌森強調(diào)道。2021北京國際風能大會暨展覽會上，中國海裝以“創(chuàng)新引領(lǐng)、綠色發(fā)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(xié)同創(chuàng)新機制和國家海上浮式風電示范項目在科技創(chuàng)新方面的帶動作用，中國海裝不斷推陳出新，實現(xiàn)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(shè)、大數(shù)據(jù)應用、風光儲一體化、源網(wǎng)荷儲一體化等綜合能源方向的創(chuàng)新成果進行了展示。
此外，中國海裝聯(lián)合國家節(jié)能中心、工業(yè)和信息化部國際經(jīng)濟技術(shù)合作中心、北京綠色交易所有限公司、重慶市能源利用監(jiān)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(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了一系列有針對性的減碳零碳措施，在未來兩年內(nèi)，中國海裝將陸續(xù)開展減碳零碳行動，計劃在2023年底實現(xiàn)碳中和。
