今年以來，國(guó)內(nèi)大功率、長(zhǎng)葉片、高塔筒的大型化風(fēng)電機(jī)組推新?lián)Q代明顯加速， 5-6MW級(jí)別的陸上風(fēng)機(jī)已從樣機(jī)走向批量，海上10MW風(fēng)機(jī)也已經(jīng)進(jìn)入吊裝、并網(wǎng)階段。
更大的風(fēng)機(jī)需要更高的高度來支撐，作為風(fēng)電機(jī)組的關(guān)鍵部件，塔筒肩負(fù)提升風(fēng)機(jī)高度、保障機(jī)組安全的重要使命，國(guó)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(fēng)電機(jī)組的高度，不只于此☆
中國(guó)海裝塔筒事業(yè)中心蘭涌森指出，“當(dāng)前，國(guó)內(nèi)中東南部低風(fēng)速區(qū)塔筒高度已攀升到160m級(jí)別，三北地區(qū)不少項(xiàng)目塔筒高度也逐步走向110m甚至更高，對(duì)于160m級(jí)別以上超高風(fēng)機(jī)，全鋼柔塔技術(shù)方案不確定性太大，同時(shí)，由于鋼板等原材料的大幅上漲，也進(jìn)一步拉低了全鋼柔塔技術(shù)方案的經(jīng)濟(jì)性。”
隨著塔架高度的不斷增加，混塔技術(shù)成為提升風(fēng)機(jī)高度與保障機(jī)組可靠性運(yùn)行的必然選擇。
據(jù)了解，國(guó)內(nèi)的主流風(fēng)電整機(jī)商均在開發(fā)混塔或其他型式的塔筒，探索風(fēng)電機(jī)組大型化下的最優(yōu)高塔筒解決方案。中國(guó)海裝也在積極探索新的解決方案，本次展會(huì)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(guó)內(nèi)最高170m陸上風(fēng)電機(jī)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(fēng)電機(jī)組最高達(dá)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(rèn)為，近年來我國(guó)在風(fēng)機(jī)高度上已經(jīng)取得一定程度上的突破，但未來，風(fēng)電機(jī)組的高度，將不只于此。
風(fēng)能協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)顯示，2018年，風(fēng)電機(jī)組平均高度為91m，最高風(fēng)機(jī)達(dá)140m；2019年，風(fēng)電機(jī)組平均高度為96m，同步往年增加5m，最高風(fēng)機(jī)達(dá)147m，同步往年增加7m，隨著技術(shù)的逐步成熟，風(fēng)電機(jī)組逐年高度穩(wěn)步提升。
中東部低風(fēng)速區(qū)域風(fēng)資源具有高風(fēng)切變的特點(diǎn)，按照0.3的風(fēng)切變計(jì)算，高度從100m增加到140m，年平均風(fēng)速將從5.0m/s增加到5.53m/s。因此，提高輪轂高度能使機(jī)組獲取更好的捕風(fēng)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(guó)海裝山東鄄城一期風(fēng)電項(xiàng)目年平均風(fēng)速在5——6m/s之間，屬于典型的低風(fēng)速風(fēng)電項(xiàng)目，經(jīng)過多方交流和詳細(xì)測(cè)算，中國(guó)海裝采用混塔技術(shù)方案將風(fēng)機(jī)塔高提升到實(shí)際輪轂高度140m。
項(xiàng)目自并網(wǎng)運(yùn)行以來， 40臺(tái)混塔機(jī)組表現(xiàn)優(yōu)異，數(shù)據(jù)顯示風(fēng)機(jī)月均可利用小時(shí)數(shù)超出理論預(yù)期值達(dá)293h，位列山東區(qū)域同等風(fēng)況第一名，年等效可利用小時(shí)數(shù)將在2900h以上。
☆ 混塔技術(shù)，超高風(fēng)機(jī)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(yīng)用已較為廣泛，但其與風(fēng)電機(jī)組的配合仍然是一項(xiàng)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。
在柔塔吊裝階段，一階渦振會(huì)引起高塔頂部大幅振動(dòng)，塔架啟停過程中，二階渦振則會(huì)快速損耗塔筒的疲勞壽命，疲勞損害快速累積將導(dǎo)致其破壞。機(jī)組運(yùn)行時(shí)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(guó)內(nèi)外發(fā)生的風(fēng)機(jī)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(diǎn)。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(jī)組運(yùn)行頻率保持著良好的安全距離，在正常運(yùn)行工況下不會(huì)出現(xiàn)共振現(xiàn)象。
正是因?yàn)檫@樣，就算使用相同的機(jī)頭面臨相同的風(fēng)況，混塔則完全不需要額外增加復(fù)雜的控制策略和外部配件，既可以應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜的工況，又不會(huì)增加其它運(yùn)維負(fù)擔(dān)，對(duì)于柔塔無法適應(yīng)的復(fù)雜風(fēng)資源項(xiàng)目，混塔也能夠保障機(jī)組安全可靠運(yùn)行。
蘭涌森表示，中國(guó)海裝始終把安全可靠放在第一位，堅(jiān)定走技術(shù)引進(jìn)、消化吸收再創(chuàng)新的合理發(fā)展路徑，從2017年引進(jìn)混塔技術(shù)開始，中國(guó)海裝混塔團(tuán)隊(duì)歷時(shí)3年與重慶大學(xué)周緒紅院士團(tuán)隊(duì)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(jī)測(cè)試認(rèn)證和多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)實(shí)物驗(yàn)證，先后推出了16種系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的混塔型譜。
生產(chǎn)、施工工藝方面，中國(guó)海裝聯(lián)合中國(guó)鐵建、中核等實(shí)力雄厚的生產(chǎn)、施工單位，優(yōu)化完善工藝技術(shù)近百項(xiàng)，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(dǎo)文件，有效把控項(xiàng)目施工全過程質(zhì)量。
☆ 混塔經(jīng)濟(jì)性、可行性不輸柔塔 ☆
行業(yè)發(fā)展初期，由于國(guó)內(nèi)混塔技術(shù)設(shè)計(jì)開發(fā)體系不完善，生產(chǎn)、施工經(jīng)驗(yàn)不成熟，混塔只停留在項(xiàng)目示范階段，沒有規(guī)模化應(yīng)用。隨著風(fēng)電技術(shù)進(jìn)步，風(fēng)機(jī)高度的攀升，混塔技術(shù)優(yōu)勢(shì)逐漸凸現(xiàn)，其經(jīng)濟(jì)性、可行性不輸柔塔。
經(jīng)濟(jì)性方面，受到進(jìn)口鐵礦石及國(guó)內(nèi)限產(chǎn)環(huán)保政策影響，鋼材價(jià)格逐步放漲，鋼塔筒價(jià)格隨之水漲船高，塔筒漲價(jià)無疑將加大業(yè)主的投資成本。對(duì)比而言混塔用鋼量少，且商品混凝土價(jià)格及相關(guān)配料價(jià)格漲幅相對(duì)不大，鋼筋價(jià)格和預(yù)應(yīng)力索價(jià)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(jià)僅小幅上漲。
據(jù)測(cè)算數(shù)據(jù)，以140m塔架為例，在鋼塔筒采購(gòu)單價(jià)為9500元/t時(shí)，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(gòu)價(jià)格持續(xù)走高，鋼混塔成本優(yōu)勢(shì)愈發(fā)凸顯，按目前鋼塔筒采購(gòu)價(jià)格11000元/t，鋼混塔采購(gòu)成本與之相比降低11.3%。在機(jī)組持續(xù)大型化、長(zhǎng)葉片進(jìn)程中，隨著載荷進(jìn)一步加大，鋼混塔的成本優(yōu)勢(shì)將進(jìn)一步顯現(xiàn)。
蘭涌森表示，對(duì)于中東南部風(fēng)電項(xiàng)目，混塔技術(shù)方案的可行性更高。
在技術(shù)方面，中國(guó)海裝推出的分片式鋼混塔筒技術(shù)方案逐漸成熟，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(jì)、生產(chǎn)、施工、安裝等各方面經(jīng)驗(yàn)。混凝土塔筒質(zhì)量上，我國(guó)擁有完善的體系及相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，對(duì)混凝土的控制水平也屬國(guó)際領(lǐng)先，這些都是我國(guó)大規(guī)模發(fā)展混凝土塔筒產(chǎn)業(yè)的有力支撐。同時(shí)，中國(guó)海裝主要混塔供應(yīng)商為戰(zhàn)略合作方中國(guó)鐵建二十四局和中國(guó)船舶集團(tuán)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(duì)混塔生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)提供了便利。
☆ 示范引領(lǐng)，打造風(fēng)電混塔項(xiàng)目標(biāo)桿 ☆
截至目前，中國(guó)海裝已并網(wǎng)風(fēng)電混塔項(xiàng)目超過10個(gè)。其中，山東鄄城華潤(rùn)混塔風(fēng)電項(xiàng)目,發(fā)電量長(zhǎng)期位居山東地區(qū)前三。江蘇寶應(yīng)國(guó)源風(fēng)電項(xiàng)目，地處揚(yáng)州地區(qū)，是國(guó)內(nèi)首個(gè)“分片式”鋼混塔筒批量項(xiàng)目。因其產(chǎn)品的優(yōu)越性和對(duì)采用鋼混塔筒機(jī)組的示范引領(lǐng)，獲得了2020年中國(guó)風(fēng)能創(chuàng)領(lǐng)先鋒獎(jiǎng)，并在該地區(qū)國(guó)內(nèi)外多家高塔筒方案同臺(tái)競(jìng)技下發(fā)電量穩(wěn)踞前兩名。
取得上述傲人成績(jī)的背后，是基于中國(guó)海裝在以下幾方面作出的努力：
生產(chǎn)方面，中國(guó)海裝裝分片式鋼混塔筒，混凝土塔筒段采用模塊化設(shè)計(jì)，通用化單元，生產(chǎn)效率高。目前中國(guó)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(guó)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(shí)現(xiàn)多點(diǎn)聯(lián)動(dòng)同時(shí)生產(chǎn)，為業(yè)主供貨提供了充足的保證。
運(yùn)輸方面，中國(guó)海裝建立了生產(chǎn)-發(fā)運(yùn)-臨存-拼裝的短線流水作業(yè)工序，各環(huán)節(jié)靈活聯(lián)動(dòng)，迅速反應(yīng)，高效交付。
吊裝方面，中國(guó)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(shí)現(xiàn)兩天完成混塔段吊裝。2020年中國(guó)海裝鋼完成混塔吊裝風(fēng)機(jī)上百臺(tái)，年度裝機(jī)提升率處于行業(yè)首位。，本次展會(huì)頒發(fā)設(shè)計(jì)認(rèn)證的H171-4MW-163米高度鋼混塔筒，以10萬千瓦風(fēng)電場(chǎng)計(jì)算，配合機(jī)組可在5.9米年平均風(fēng)速下實(shí)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(yīng)用。
☆ 推陳出新，用平價(jià)風(fēng)機(jī)迎接零碳未來 ☆
創(chuàng)新不僅在混塔技術(shù)領(lǐng)域，中國(guó)海裝把創(chuàng)新精神貫穿企業(yè)發(fā)展的始終，蘭涌森強(qiáng)調(diào)道。2021北京國(guó)際風(fēng)能大會(huì)暨展覽會(huì)上，中國(guó)海裝以“創(chuàng)新引領(lǐng)、綠色發(fā)展強(qiáng)使命，海陸并舉、向海圖強(qiáng)顯擔(dān)當(dāng)” 為主題，以中國(guó)船舶集團(tuán)整體為形象亮相。
依托國(guó)家海上風(fēng)電工程中心的協(xié)同創(chuàng)新機(jī)制和國(guó)家海上浮式風(fēng)電示范項(xiàng)目在科技創(chuàng)新方面的帶動(dòng)作用，中國(guó)海裝不斷推陳出新，實(shí)現(xiàn)突破，推出陸上平價(jià)風(fēng)電機(jī)型H171平臺(tái)-3.6——5.0MW、H176平臺(tái)-5.0——6.45MW、H185平臺(tái)-4.55——6.25MW，推出海上競(jìng)價(jià)機(jī)型H210平臺(tái)-8.0——12.0MW、H260級(jí)-16.XMW。
展會(huì)期間，中國(guó)海裝就智慧風(fēng)場(chǎng)建設(shè)、大數(shù)據(jù)應(yīng)用、風(fēng)光儲(chǔ)一體化、源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化等綜合能源方向的創(chuàng)新成果進(jìn)行了展示。
此外，中國(guó)海裝聯(lián)合國(guó)家節(jié)能中心、工業(yè)和信息化部國(guó)際經(jīng)濟(jì)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(cè)中心、中國(guó)船舶信息中心對(duì)中國(guó)海裝總部及其下屬5個(gè)基地的碳排放情況進(jìn)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(duì)性的減碳零碳措施，在未來兩年內(nèi)，中國(guó)海裝將陸續(xù)開展減碳零碳行動(dòng)，計(jì)劃在2023年底實(shí)現(xiàn)碳中和。
