引言
在“3060”双碳目标的指引下，国内风电行业迎来了新的发展机遇和挑战。面对近期市场的大规模框招，各主机商的竞争也愈演愈烈，长叶片、大兆瓦、轻量化塔筒等关重部件也在不断刷新。业内人士普遍认为，以河南、山东、江苏、安徽等为代表的中东南部低风速地区，高塔项目也将在良好的大环境下绽放异彩。在低风速地区的解决方案中，全钢柔性塔筒”凭借其较好的经济性、完善的供应链、较短的吊装周期等方面优势，在120-140米高度区间受到国内市场偏爱。据不完全统计，目前国内市场上在运的120-140米高度风机已超6000余台，其中“柔塔”占比超过八成。尽管在国内的市场接受度尚可，但面对平价市场，随着塔筒高度的进一步攀升，“柔塔”的可靠性也出现了诸多不确定因素。
国内高风速地区的风电开发日趋饱和，中、低风速地区的风电开发进入快车道。风机塔架的高度从120m向140m、160m、170m乃至180m快速发展，如下图所示。风力发电机组塔架的荷载也越来越大，传统的钢塔架已经无法满足结构受力的要求，混合塔筒技术成为了市场的主流选择。
1. 钢塔风机与混塔风机对比
1.1柔性钢塔风机简述
一直以来，把风能转化为电能的风电机组由钢筒制成的塔架（简称“钢塔”）支撑在数十米的高空运行。虽然钢塔筒风机在一定程度上缓解了风机的低风速现象，但因轮毂托举高度的增加，不仅建设所需要耗费更多的材料，施工的时间也需要耗费很长的时间，所需要的施工人员也是较多的，而且柔性塔筒对控制系统要求极高，共振风险大；钢塔筒阻尼小，不易抑制振动，这也会使得风机在建设的过程中投入到更多的成本，浪费资源的现象逐渐出现，全钢塔筒风机的不足之处也在逐渐被暴露。
1.2. 混塔风机的简述
当前大功率、长叶片、高塔筒的大型化风电机组更新换代，钢混组合塔架风电机组（简称“混塔”）应运而生，成为风电行业的新“宠”儿。
1.2.1.混塔的结构
（1）混凝土塔筒的主体结构
混塔轮毅的高度一般为100-160m，风机的功率大约在2.0~5.0MW之间，托举轮毂的高度，能够对风力进行有效地阻挡。下图为混塔的主体结构，上部以钢段、轮毅构成；下部为预制混凝土管片。以3MW混塔为例，轮毅的高度为140m；C80混凝土用量约为89m3；所需要的HRB400E钢筋用量约为68.5t；钢绞线约需32t。
（2）混塔-预应力薄壁混凝土结构
预应力薄壁混凝土结构外形呈环状，在结构上将使用C型/O型管片，该高度为4m；宽度为3.3～7.8m；壁厚仅220mm，在投入使用中所花费的材料很少；后张预应力钢绞线，保证结构的刚度以及稳定性；附件的安装能够完全在地面安装，提高了管片吊装的效率。
混塔”就是风电机组的塔架由钢材和混凝土共同构成，塔架系统下部是混凝土段，上部是钢塔段。
比如6.5兆瓦“混塔”风机，118.9米钢混组合塔架，由111米“混塔”段+1.8米过渡段+6.1米钢塔段由下至上通过16组每组18根预应力钢绞线连接组成。混塔段为锥筒式结构，由37段共计136片和3个整环预制管片装配式拼接而成。混凝土塔筒拼接过程如下图所示：
通俗点说，如果把“混塔”看成积木搭“烟囱”，就能一目了然了。先把四份削去顶部的圆锥管片组成一个锥体，再由37层锥体一层一层往上叠加，拼成一个整体的锥桶，就组成一个我们常见的烟囱一样的结构，顶部加上一个混凝土和钢塔过渡段连接，钢塔再和机舱完美连接，最后再插上风机的叶片，一台超高风机“安全堡垒”就诞生了，如下图所示：
1.2.2. “混塔”优点
（1）稳定性更高
“混塔”结构风机的塔架整体结构刚度更大，在高切变风速地区和低风速高塔架场景运用具有明显优势，能够有效减小机组在全寿命周期内的运行振幅，同时，叶轮系统的迎风角度、发电量等指标更趋稳定，运维成本更低。
其次，混塔不存在与叶轮产生共振的问题。混塔的刚性类似于传统的百米以下钢塔，塔筒固有频率和机组运行频率保持着良好的安全距离，在正常运行工况下不会出现共振现象。
（2）可靠性很高
混塔架作为一种高塔架，混塔架的高度相当于40层楼，120米的高度，其中140米的混塔架的高度甚至达到了46层楼的高度。东北、山东、江苏等地因风速低而使得以上地区的风电项目受到了一定的阻碍，但混塔架的应用，使得风速偏低的地区的风电项目得到缓解。
虽然高塔搭建的材料选择的范围很广，但混塔在市场中占据着很大的地位，被普遍运用于高塔的塔建中。混塔的搭建方便了风机的建设，这也使得在对混塔进行安装的过程中不需要花费过多的材料，在一定成节省了相应的成本，加上混塔架不需要太多的变动，使得混塔基具有较高的可靠性，能够适应情况复杂的地区。
（3）经济性好
经济性方面，受到进口铁矿石及国内限产环保政策影响，钢材价格逐步放涨，钢塔筒价格随之水涨船高，塔筒涨价无疑将加大业主的投资成本。对比而言混塔用钢量少，且商品混凝土价格及相关配料价格涨幅相对不大，钢筋价格和预应力索价格虽有升高，但其成本所占混塔成本比例较低，混塔终端售价仅小幅上涨。
据测算数据，以140m塔架为例，在钢塔筒采购单价为9500元/t时，混塔与全钢塔成本（含阻尼器等辅助系统）基本持平，随着钢塔筒采购价格持续走高，混塔成本优势愈发凸显，按目前钢塔筒采购价格11000元/t，混塔采购成本与之相比降低11.3%。在机组持续大型化、长叶片进程中，随着载荷进一步加大，混塔的成本优势将进一步显现。
（4）运输便捷
此外“混塔”技术还具有生产效率高、分片运输便捷拼接吊装快速等优点：巧妙地解决了因风电机组容量增大，塔底直径增加带来的运输、安装不便等问题。
（5）防水性很强
由于混塔在建设的过程中会使用到混凝土结构，这也会使得混塔在面对雨天的时候会具有很强的防水作用，能够将雨水进行隔离，这也保障了风机的安全性，使得风机能够进行正常工作。
（6）建设周期短
我国在接触混塔项目的时候，使用的建设方案都是现浇式的，这也让很多同行误以为混塔在建设的过程中需要耗费很多的时间成本，建设的效果并不能够达到理想中的状态。但在实际建设中，随着施工技术的日益成熟，混塔项目中的混凝土塔筒均为预制式，所消耗的时间很短，为工程建设节省了很大的时间。
传统钢塔的建设与预制式混塔的安装施工工期有着明显的差距，两者的对比情况如下：
①传统钢塔的基础施工需要大约12天的时间，施工的时间会依据实际情况而进行变化。当基础混凝土进行浇筑结束后，将需要28天的等待期，机组吊装需要花费2-3天的时间。所以，传统钢塔机组所需要安装的时间约为43天。
②预制式混塔的基础施工需要花费12天的时间。当基础混凝土在浇筑结束后，在经历过基础固化的28天时间后，由于预制混凝土段的生产无需在现场进行施工，在剩下的28天时间里花上2-3天的时间对钢结构段与机组进行吊装。
两者在进行对比后可以知道，混塔在安装的过程中所需要花费的时间较短。
2. 国内外现状
风电混塔技术起源于欧洲，全球首台风电混塔于1978年在丹麦TVIND学校正式运转。国外风力发电在本世纪初进入发展的高峰期，随着风机技术的发展，风机功率越来越大、叶片越来越长，风电混合塔筒技术的研发和应用也进入的市场的高峰期，目前在欧洲已有上万台装机业绩。
与此同时，国内的风电企业也陆续的学习和引进国外技术进行开发和应用。早期技术以整环预制结合现场湿作业连接、体内预应力技术为主，施工速度慢，成本高于传统的钢塔筒，加上我国的风电技术发展落后于国外，前期混合塔筒技术并没有大面积的市场应用。
历经十余年的研发探索，近年，中国风机与塔筒厂商陆续加速布局混塔市场，力求在目前的成本压力下找到高塔筒的降本渠道。国内前十大整机商均已储备混塔技术，大部分已有样机或量产业绩。
金风科技旗下的天杉高科是国内最早对钢混结构的混塔进行技术储备的厂商，已储备185米混塔技术。除此之外，明阳智能、运达股份、中国海装、电气风电等均具备混塔技术，其中，明阳智能已成功吊装170米超高混塔风机。
目前，国际混塔设计最高高度为199米，新建混塔高度普遍为140至160米之间，超过170米的混塔项目主要为各厂家的标杆或实验项目。受塔筒高度、成本、运输等因素影响，目前国内市场的混塔市场份额较小，主要集中于低风速区域。
国内新建的140至160米混塔项目主要集中在低风速高切变区域，未来，将向高风速高切变区域以及山地区域渗透。
2019年，混塔市场规模开始快速增长。2022年，混塔项目招标规模已达近千万千瓦，创历史新高。预计到“十四五”末，混塔市场累计规模将超3,000万千瓦。
3. 混塔设计标准
混塔技术涉及地质、机械、力学、材料、电力等多个学科，我国风电混塔行业正处于快速发展阶段，目前尚未建立完善的混塔技术标准体系，参照和引用标准以国标为准、行标和团标为辅。尽管混塔引用的国内外标准梳理高达数百项，但由于混塔独特的结构体系和特点，引用标准仍存在一定盲区和和模糊地带，甚至部分标准规定存在一定冲突；此外，不同混塔厂家有不同的结构型式和生产工艺，对引用标准的理解和认知不同，现有标准规范已不足以指导混塔行业健康稳定发展，同时也在一定程度阻碍了科研成果和创新技术的应用。
混塔设计主要引用标准见表1。国际上风电行业标准主要参考国际电工委员会(IEC)标准以及DNV标准，塔架结构设计方面主要参考IEC61400-6及DNVGL-ST-0126，塔架结构设计中针对材料的具体计算，主要引用欧洲建筑结构设计标准，如EN1992、EN1993、fibModelCode2010等。
过去，我国风力发电机组设计及管理经验均不足，风电行业相关国标主要引用了IEC标准，如GB/T19072-2010《风力发电机组塔架》、GB/T18451.1-2012《风力发电机组设计要求》等。国内塔架设计主要参考国外规范及国内类似建筑结构设计规范，如GB50010-2010《混凝土结构设计规范》、GB50135-2019《高耸结构设计标准》、JGJ369-2016《预应力混凝土结构设计规范》等。
随着国内风电行业的快速发展，我国虽积累了一定的基础研究和实践经验，也形成了部分团体标准成果，如TCEC5008-2018《风力发电机组预应力装配式混凝土塔筒技术规范》、NB/T10907-2021《风电机组混凝土塔筒设计规范》这些规范取得了开创性的成果，但尚未有一个统一成熟的规范，对于风电混塔结构较为系统的研究也还没有出现，造成了风电混塔塔架的设计缺乏充足的理论依据。需要进一步提高现有标准的深度和广度来规范和指导塔筒结构的设计。
小结
我国作为基建强国，是全球大型工程应用最多国家，拥有完善的体系及相关技术标准规范，对混凝土的控制水平也属国际领先，这些都是我国大规模发展混凝土塔筒产业的有力支撑；同时，我国交建、中铁等诸多企业的业务范围覆盖了中东南部地区，生产基地交织组成辐射网，这对混塔生产、运输等环节提供了有利条件。
面对“30·60”目标，基建企业也在积极拓展布局新能源产业，混塔将迎来合作共赢之局面。近年来，混塔的批量化装机，推动了国内吊装技术的不断提升，吊装工艺逐渐完善，吊装成本大幅下降。产学研深度融合的背景下，国内高校科研机构等与各主机商也在积极推动混塔的技术革新。
相信在“30·60”目标的指引下，混塔技术凭借其自身的优势不断向上突破，将成为低风速地区的优选解决方案，为业主带去更高、更安全、更稳定的发电收益。
