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高塔技术之未来:钢“柔”未必并济,“混”或可天成

日期:2021-04-13    来源:球哥看风  作者:彩球

国际风力发电网

2021
04/13
08:35
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关键词: 风电塔筒 风电设备 风机基础

江苏高邮一台高塔钢塔风机倒塌,引起行业热议,核心问题在哪里呢?风机是全球老大的产品,而此前中国第一个高塔风电场也是采用了她的风机,几年前也曾发生过倒塌事故。由此,不得不让业内人士引起遐想:偶然为什么出现总是出现在她身上(没有褒贬之意,对老大我一直景仰)?

实际上,国内的纯钢高塔风电场倒塌事件并不是没有发生,曾经在华东地区也发生过纯钢高塔类似事故,只不过当时无人关注。今天,我并非八卦行业风电场的事故,而是就近期大家热议的塔筒技术发展方向进行分享。

钢制柔塔的暂时领先:中国风电特殊时期的产物

前几天,欧洲海上风电作者奥夫少就风电塔筒主体写了一篇《低风速时代下的“高塔”大比拼》的文章,对风电场的高塔架技术做了很详细的分析和分享,这里我就不重复,但从我个人对风电的认可来看,实际高塔架的技术具体可以以下几类:

桁架组合结构塔:这是风机最早的结构之一,由过去的木制桁架发展到今天的钢制桁架,上半截仍采用锥筒结构连接风机机舱部分。

全钢制柔塔:简称柔塔,传统的全钢板锥筒结构,国内用的最多

钢混结构塔:下半截为混凝土结构,上半截为锥筒结构。这里的混凝土部分又分为整体锥筒结构、分瓣式组合结构(多边形和圆锥形

分瓣式纯钢塔:这是德国ENERCON公司独创的技术,在欧洲应用非常广泛。

4种塔架的优劣势实际上奥夫少在他的文章里写的非常具体,无论是桁架结构,还是柔塔,以及分瓣式塔筒,有一个传统的优势就是制造工艺相对简单,实际上最大的优势在于回收问题不是问题,这个是混塔风电场退役后比较头痛的一个问题。

今天我想讨论的是高塔,除了第一类风机塔架技术发展由于材质的问题逐步退出市场,当前应用比较广泛的是后三类塔架。而在中国当前为什么应用绝大多数的塔架是柔塔呢?这里面实际上是中国风电发展的特殊历史背景:

柔塔简单高效:相对而言柔塔(全钢塔)制造简单,质量控制具有保证,施工成本低廉

混塔复杂缓慢:混塔制作周期长,混凝土部分材料质量保证要求较高,施工复杂,建安周期长

核心问题在于中国风电的政策性周期变化较大,尤其是2020-2021年的高塔风电场,基本上如果赶不上补贴价格的施工周期,一律调整为柔塔方案。对于柔塔施工而言,对吊装单位,塔筒供应商和开发业主而言,认为采用钢塔心里安全效应高,对混塔实际上是存在冒险的概念。

钢制塔筒生产

柔塔好还是混塔好:未来要看混塔和分瓣式技术

这个问题很多人都在讨论,就当前的市场占有率而言,柔塔占有绝对优势,是不是柔塔就是未来的技术方向呢?最近行业龙头企业在行业媒体上铺天盖地宣传钢制高柔塔,仅从数量和市场数据来看,高塔架风电场当前占据优势,而且国内以远景为代表引领市场。

我们回头看欧美,在高塔架方面,欧洲的混塔相对占有绝对优势,以ENERCON 为代表的风机技术,其次是分瓣式,包括混塔的混凝土部分也是分瓣式技术方向。欧美的风电技术发展路径,也就是中国未来的风电发展方向。

如果说欧美的风电技术早期领先中国十年,是一点都不夸张,今天我们的陆上风机才突破6MW单机容量,而在2013年,ENERCON已经批量使用6-7MW的风机,欧美早在十年前就开始100m以上的山地风电场塔架技术,而中国在过去几年才开始100m左右的山地风电场,在平原风电场的塔架高度方面,我们从未超越,一直在追赶,而且落后不低于5年。

ENERCON的分瓣式 塔筒吊装

随着塔筒高度的增加,目前已经突破166m,柔塔某些不足就暴露明显,2020年风机在吊装过程中就出现风机塔筒倒塌事故,具体原因不能明确,但可以肯定的是:柔塔对控制技术的要求较高,一般厂家难以掌握。如果控制技术不佳,塔架可能与轮毂发生共振而引发事故。而混塔的结构刚度大,阻尼比高,相对稳定,对于控制技术的要求降低,同时保持刚度设计的前提下,材料成本提高不多。接下来都是平价风电,也不用赶工期,还可以通过混塔技术增加塔筒高度,我想业内人士都能看得到。

在山地风电场的塔筒技术方案上,分瓣式塔筒显然优势非常明显,运输,制造,安装,材料成本都会大幅降低,建安难度大幅缩小,唯一就是要对塔筒连接螺栓的疲劳可靠性提出了更高的要求。

倒塔问题:不是技术路线问题,也不是风机问题

其实国内风机倒塌事故是时有发生,在风机数量保有量较少的情况下,大家觉得非常惊奇,实际上在今天风机数量超过14万台的市场中,每年如果倒塌几台风机,其实是一个非常正常的现象。

大家总是喜欢把风电场倒塌事故归咎为风机问题,塔筒问题,这个说法也不是说错误,但肯定不客观。给大家打个比方,你买了一台汽车驾驶,每天公路上发生了各种交通事故是不是都能归咎为汽车本身的问题呢?显然不是,风机是一个综合复杂的机电液装备,它的正常运行需要系统专业的运维来保证,当然如果风机系统(含塔筒,基础,电力系统)的任何一个故障都可能导致风机的事故,比如倒塔。关于倒塔的原因比较专业,就不单独分析,但需要说明的是,VESTAS全球几万台风机在运行,如果因为各种问题倒几台风机就认定为风机质量或塔筒技术问题,这肯定是不客观的。

是不是倒塔就与风机或塔筒无关呢?也不是!风机的稳定正常运行需要靠风机可靠的零部件及控制系统、安全的塔筒部件保证,如果这些任何一个环节出了故障未能及时预防或阻止,发生倒塔事故那就是情理之中了。

百年风电大计:质量是根本

作为倒塔的风机而言,无论是塔筒、技术还是风机的问题,可以肯定的是还是质量本身的问题。2020年的风电抢装,毋庸置疑是埋下了一定的质量隐患的,我想行业的专家们都能理解和认可。风电场的建设、风电装备的交付都是有固定周期的,我们在抢装过程中强行压缩周期,连续加班加点的作业,本身就给质量交付打了折扣,同时生产的强行提速增效,也给质量埋下了不定时炸弹。

其实从去年年底开始,到现在,业内已经发生多起风机质量本身导致的风电场事故,包括倒塔,风机叶片等问题,归根结底还是抢装导致的结果。从风机的寿命设计和度电成本竞争力提升而言,未来风机的寿命或延长,这对风机质量的可靠性提出了更高要求。

质量是企业的生命线!前几天我整理国内产业链布局的时候,发现国内曾经第一个风电叶片厂家-保定惠腾在几年前已经退出了历史舞台,就其根本就是在多个业主风电场其产品叶片批量出现质量问题,导致大面积亏损,最后不得不退出。而我们曾经前五的风电整机企业-湘电股份,就因为合作生产叶片出现批量问题,导致湘电多年亏损,至今元气未复。

塔筒技术无论怎么发展,安全是第一要务,倒塔事故告诉我们,无论是柔塔,还是混塔,在保证安全的前提下,降低成本,提升发电量的技术都是好技术!


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