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高塔筒技术鏖战风电市场

2021-04-12 16:112850
 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。风电市场正成为各种高塔筒技术比拼的新战场。
  柔塔渐受市场青睐
  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,而在市场,却恰恰相反,柔塔市场份额日益占据上风。
  有统计显示,市场自2016年台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。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,市场对于新技术的接受度大大提升。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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