面對占總量可達30%的高塔架市場商機，北京天杉高科風電科技有限責任公司（簡稱：天杉高科）副總經理叢歐向《風能》表示，通過運用與柔塔同類的控制策略技術，可解決185米超高鋼混塔架高階頻率振動挑戰(zhàn)。這似乎表明，高塔架技術沒有邊界，將風電市場做大做強才是風電技術發(fā)展的終極追求。
受訪人：叢歐
北京天杉高科風電科技有限責任公司副總經理
《風能》：您如何看待陸上高塔架技術與市場的內在發(fā)展邏輯？
叢歐：我認為高塔架技術的發(fā)展與政治、技術、經濟三者密不可分。從政治角度來看，國際市場受外部環(huán)境影響，對中國出口塔筒的限制越來越多，對提高“本地化率”要求越來越高；國內市場的大環(huán)境是要實現“雙碳”發(fā)展目標下的規(guī)?；?、高質量發(fā)展，用低碳材料減排。把國際和國內這兩個大方向分析清楚是塔架技術發(fā)展的先決條件。隨著風電進入平價時代，國補完全取消，電價越來越低，業(yè)主更關心的是收益率是否達標，關注單位千瓦EPC的成本是多少。目前一些風電項目的EPC投資成本已經低于5000元/千瓦，而實現這一點很大程度是依賴機組的大型化發(fā)展，通過機組大型化攤薄單位千瓦造價。也恰恰是機組的大型化給了塔架技術發(fā)展趨勢的前端輸入，高塔架發(fā)展必須緊跟這項發(fā)展趨勢，確保風電開發(fā)的經濟性。因此未來市場中，能符合大容量趨勢并保持更低造價水平的塔架，將獲得更大的發(fā)展空間。
《風能》：在2021北京國際風能大會暨展覽會上，新疆金風科技股份有限公司（簡稱：金風科技）發(fā)布了185米柔塔和鋼混塔兩款產品，這是基于怎樣的考慮？
叢歐：此次風能展發(fā)布的兩款185米高塔架已經完成設計認證，2022年安裝樣機。之所以推出這兩款塔架，主要是因為高塔架在未來幾年將具備較大發(fā)展空間。在進行185米塔架設計時，我們是帶著業(yè)主需求做的。國家已對清潔能源提出了更宏偉的發(fā)展目標，但不少優(yōu)質風資源已經完成了開工建設或納入了核準計劃，可開發(fā)量越來越少，而同時湖南、湖北等不少中東南部山區(qū)的風資源卻無法得到有效開發(fā)，不是風速過低就是成本過高，如果將塔架高度進一步提高，就能通過技術創(chuàng)新釋放大量風資源價值。我們從未來3年的市場商機分析，風切變大于0.2的容量超過3100萬千瓦，占總商機容量的22%，風切變大于0.16的容量超過4300萬千瓦，占總商機容量的30%。同時，我們對比了不同高度的塔架方案，在不同的風切變下，從165米開始每升高15米進行一次數據比對，發(fā)現180米至190米是現有工程裝備能力下經濟性最好的一個方案。當最小風切變?yōu)?.16至0.28時，在100米高度處風速達到5m/s至4.6m/s，就可具備185米高塔開發(fā)條件，未來三年商機總容量可達1.44億千瓦。
《風能》：在185米高塔的設計階段，遇到了哪些新挑戰(zhàn)，如何解決？
叢歐：從目前來看，做160米已經遇到了多個高階振動問題，185米就需要調動更大的技術團隊和更多精力去解決一個個未曾出現過的技術難題，尤其是在整機控制、載荷仿真等方面，需要同新機組開發(fā)同步。比如對于鋼塔而言，70、80米挺“剛”的，升到140米就成柔塔了；鋼混塔也是一樣，在140m挺“剛”，升到180米、200米的時候也會變“柔”。面對超高鋼混塔出現非一階高階頻率振動的新課題，金風科技已經開發(fā)配套超高鋼混塔的控制技術和阻尼技術能夠有效控制振動。此外185米高塔在仿真設計參數的獲取上，也需戰(zhàn)勝很多挑戰(zhàn)，比如在IEC標準里盡管對基礎剛度、阻尼系數等給出了一些建議數值，但在中國使用就需要重新去復核，因為理論數據與實測數據之間的差距還是比較大的。金風科技之所以有底氣去攬185米超高鋼混塔這個“瓷器活”，也是基于現有700多臺鋼混塔架裝機的后評估測試成果。
《風能》：為什么說高塔架技術能力與整機技術息息相關？針對不同產品或項目的高塔架定制化是一個怎樣的過程？
叢歐：塔架設計指標與主機設計參數強相關，因為主機葉輪轉速、大部件頻率、葉尖凈空及一系列控制要素和電控布局都是進行塔架設計的重要輸入。比如塔架在主機緊急剎車時擺幅控制在在1米還是3米，其策略是完全不一樣的。塔架不是蓋樓房，在房頂上隨便裝一個機頭肯定不行。要將塔架視作主機的一部分，不管鋼塔還是鋼混塔都是設備，比如，塔架剛度太大有時就會出現有3P頻率振動的問題會引發(fā)某些主機部件的疲勞載荷發(fā)散。還有與塔架連接機組基礎的剛度也會影響整機載荷，比如說在山地項目，基礎持力層都是大理石，這個地方的基礎剛度就特別大。把同樣的塔架放到江蘇的水塘邊建設，基礎剛度就低一些，整機載荷就又不一樣。因此，塔架設計需要根據搭載的主機和具體項目進行整體考慮，迭代耦合完成。
《風能》：您怎樣看高塔架技術發(fā)展，哪類高塔架是更好的選擇？
叢歐：從業(yè)主角度更趨向于使用成熟可靠的技術路線，而非比較少見的形式。以鋼混塔為例，其本身也是在不斷演化的，10年前只有金風科技一家做鋼混塔，現在做鋼混塔的廠家多了，市場氛圍也就好了，平價時代賦予了高塔架市場的高增長空間。記得剛開始研發(fā)鋼混塔產品時，混凝土段短、鋼段長，這是為了解決它的吊裝問題?，F在吊裝問題解決了，成本下去了，混凝土段就可以更長一些。如果有頻率限制，再去調整鋼混段比例也很簡單。隨著機組大型化發(fā)展，鋼混塔可能也會遇到不能進一步“瘦身”解決葉片凈空問題，材料強度又無法繼續(xù)提高的那一天，那時也可能會有新的塔架形式誕生，所以金風科技高塔架從來沒有“一柔到底”或“一混到底”，因為技術肯定是要不斷前行的。
《風能》：我們知道金風科技旗下天杉高科一直在研發(fā)與推廣鋼混塔技術，并實現了大批量應用，您如何看待鋼混塔在未來市場的發(fā)展前景？
叢歐：對于普通鋼塔而言，由于機組容量與葉輪直徑越來越大，所受載荷就越來越大，運輸又有限制，勢必造成鋼板較厚，成本顯著增高。但鋼混塔卻可通過就近設廠解決底部大直徑塔架運輸問題，在一定程度能抑制住大機組塔架成本快速上漲的曲線。由于混凝土結構設計須符合國標相關技術標準，標準里有最低混凝土壁厚的限制要求，所以鋼混塔在做3MW以下機組時余量未被充分利用，成本優(yōu)勢不夠明顯。當風電平價時代來臨后，隨著機組容量、葉輪直徑、輪轂高度的明顯提升，鋼混塔余量得到進一步釋放，經濟性優(yōu)勢明顯增強，同時兼具高可靠性。我們相信，鋼混塔在未來大型化的風電市場中，會比此前體現出更多成本優(yōu)勢。
《風能》：請談談鋼混塔近期的技術與市場發(fā)展趨勢。
叢歐：鋼混塔還是要不遺余力的持續(xù)改進工程的便利性，推進質量保障和交付保障這兩項重點工作。從金風科技而言鋼混塔產業(yè)化時間較長，其他鋼混塔企業(yè)技術路線趨同，都是預制+體外預應力的技術方向。其目的是提升施工便利性，加快吊裝速度，將質量控制好。分散式項目鋼混塔的革新技術是管片塔，我們參照地鐵管片一樣的方式，不需打磨即可實現鋼混塔干連接。2021年金風科技已經完成了171-4.0MW-HH140m和140-2.5MW-HH155m兩臺管片塔樣機并網工作。在市場方面，鋼混塔未來或將向存量市場延伸。從技術角度鋼混塔并沒有高度限制，未來是否需要更高的塔架高度，主要還是看業(yè)主的需求。但值得注意的是，可開發(fā)的風資源到215米左右，基本就到了一個瓶頸，那個時候高切變資源開發(fā)的基本差不多了。我們認為可以將存量視為未來的一個主要市場，對“三北”地區(qū)存量項目的塔架進行更換，降低塔架成本，提升機組發(fā)電能力。
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