為助力風(fēng)電行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展，許繼集團(tuán)有限公司針對我國東部地區(qū)風(fēng)力資源普遍存在的“低風(fēng)速、高切變”等特點(diǎn)，設(shè)計生產(chǎn)超高風(fēng)電機(jī)組。
6月14日，在國家電投魯陽風(fēng)電場，許繼集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的XW3600/155風(fēng)電機(jī)組正在偏航驅(qū)動的牽引下緩緩旋轉(zhuǎn)，尋找最佳迎風(fēng)角度。該機(jī)組投運(yùn)半年來，實(shí)現(xiàn)零故障穩(wěn)定運(yùn)行。
“這臺風(fēng)電機(jī)組的輪轂高達(dá)170米，整機(jī)長度比一列復(fù)興號標(biāo)準(zhǔn)高鐵車組還要再長一節(jié)車廂。它刷新了全球最高的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組紀(jì)錄。”許繼集團(tuán)所屬許繼風(fēng)電科技公司總工程師程林志介紹說。
在助推新能源發(fā)展的道路上，許繼集團(tuán)聚焦低風(fēng)速地區(qū)風(fēng)電發(fā)展，設(shè)計超高風(fēng)電機(jī)組，創(chuàng)新應(yīng)用混塔技術(shù)，持續(xù)為風(fēng)電行業(yè)發(fā)展作貢獻(xiàn)。
設(shè)計超高風(fēng)機(jī)助力風(fēng)電行業(yè)發(fā)展
我國風(fēng)資源開發(fā)多是優(yōu)先摘取“低垂的果實(shí)”，即重點(diǎn)開發(fā)新疆、內(nèi)蒙古等地豐富的高風(fēng)速風(fēng)資源。而河南、浙江、山東等地區(qū)不易開發(fā)的低風(fēng)速風(fēng)資源如同“高枝的果實(shí)”。
我國碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)提出后，能源清潔低碳發(fā)展步伐加快。隨著人們對風(fēng)資源特性的認(rèn)知層層深入，全國風(fēng)資源可開發(fā)利用潛力不斷升級。“我國的低風(fēng)速風(fēng)資源其實(shí)是非常豐富的，覆蓋了全國總面積的68%。而高塔可以說是解決低風(fēng)速風(fēng)資源開發(fā)問題的關(guān)鍵技術(shù)。目前中東部平原風(fēng)電場對此類風(fēng)電機(jī)組的需求非常大。”程林志說。
超高風(fēng)電機(jī)組就像是摘取“高枝果實(shí)”的梯子，有助于挖掘巨大的風(fēng)電開發(fā)空間。而同時，風(fēng)電行業(yè)發(fā)展進(jìn)入擺脫補(bǔ)貼依賴的階段。要降低成本，最直接的就是在效率上下功夫，即在同等資源條件下提升風(fēng)機(jī)效率和出力。面對這樣的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，許繼集團(tuán)提前部署，開展高塔機(jī)型的研究。
“客觀來講，風(fēng)速是受地理環(huán)境因素影響的。山區(qū)風(fēng)切變低，平原相對較高，就是因?yàn)槿章浜蟮乇硌杆俳禍?，大氣變?yōu)樯吓吕涞臓顟B(tài)。氣流主要是水平運(yùn)動，因此會出現(xiàn)上層風(fēng)速大、下層風(fēng)速小的現(xiàn)象。”高塔機(jī)型項目負(fù)責(zé)人李成晨解釋道，“在山區(qū)，山體阻擋了氣流運(yùn)動，本來平穩(wěn)的氣流被擾動，上下層間的風(fēng)速差距減小了。因此，較高的風(fēng)切變一般出現(xiàn)在平原地區(qū)，風(fēng)速會隨著塔架高度提升，風(fēng)機(jī)可利用小時數(shù)也會增加。此外，高空湍流小，葉片受力相對均勻，也有利于延長機(jī)組壽命。”
風(fēng)電機(jī)組重達(dá)百噸，要想在高空穩(wěn)定運(yùn)行，全靠塔筒支撐。傳統(tǒng)的鋼塔筒約占風(fēng)電機(jī)組整體成本的大約兩成，其高度超過100米后，重量會以指數(shù)級增加，且很難規(guī)避共振問題。這就要求塔筒設(shè)計選型必須具備高強(qiáng)度和低成本兩項特征。
經(jīng)過對多類塔筒的制造周期、工藝標(biāo)準(zhǔn)、避震性能、共振頻率、結(jié)構(gòu)剛度等數(shù)據(jù)的綜合考量，許繼集團(tuán)最終選擇了更加安全、可靠、經(jīng)濟(jì)的混塔技術(shù)來為首臺170米風(fēng)力發(fā)電機(jī)組筑牢根基。
應(yīng)用混塔技術(shù)適應(yīng)低風(fēng)速電場需求
2020年12月，魯陽風(fēng)電場170米超高機(jī)組塔架搭建完成。塔架上部采用傳統(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)。吊裝時，風(fēng)輪中心高度為84米，無需大型起重機(jī)械即可完成吊裝。機(jī)組吊裝完成后，工作人員采用自提升裝置，將下部類似“魚竿”的混凝土結(jié)構(gòu)一節(jié)一節(jié)地抽出，最終實(shí)現(xiàn)輪轂中心高度達(dá)到170米。
魯陽風(fēng)電場是世界首例170米陸上現(xiàn)場澆筑施工的自提升式超高混塔項目。項目技術(shù)難度大、工藝復(fù)雜、生產(chǎn)精度高，很多生產(chǎn)模具都是第一次應(yīng)用到風(fēng)電塔筒建造中。“大到鋼材，小到螺栓，每一個零部件都需要極高的生產(chǎn)裝配精度。整個作業(yè)過程猶如‘鋼筋繡花’。”李成晨說，“堆砌的時候，底層若有一絲誤差，高空就會出現(xiàn)難以估量的問題。”
項目現(xiàn)場全員輪流值班，確保24小時不間斷施工。為保證夜間澆筑順利完成，工作人員常常通宵跟蹤混凝土澆筑。終于，魯陽風(fēng)電場項目于2020年12月23日成功并網(wǎng)。
混塔風(fēng)電機(jī)組可以就地安裝，倒運(yùn)便捷，超過140米后的成本優(yōu)勢明顯，且應(yīng)用了自提升技術(shù)，無需額外租用大噸位吊車吊裝，從而節(jié)約了施工成本。另外，塔筒無需維護(hù)、塔頂振幅小的特點(diǎn)，讓調(diào)試及維護(hù)效率得到提升。
相較于常規(guī)機(jī)組，混塔風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電量優(yōu)勢更加明顯。根據(jù)現(xiàn)場的運(yùn)行數(shù)據(jù)測算，170米風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相比同地區(qū)常見的100米風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，平均發(fā)電量提升最高可達(dá)20%。即使是在同一個風(fēng)場，170米機(jī)組較140米機(jī)組的發(fā)電量也有顯著提升。魯陽風(fēng)電場140米高度風(fēng)速5.16米/秒，170米高度風(fēng)速5.45米/秒，相同的機(jī)組等效利用小時數(shù)增加了200小時，度電成本進(jìn)一步下降。
推廣高塔風(fēng)機(jī)持續(xù)助力碳減排
當(dāng)前，整個行業(yè)對風(fēng)機(jī)效率、性能和全生命周期度電成本提出了更高的要求，更大容量、更大葉輪、更高塔筒將成為陸上風(fēng)機(jī)發(fā)展的方向。
許繼集團(tuán)正著手研發(fā)風(fēng)輪直徑160～180米的大容量系列機(jī)組，以度電成本最低為目標(biāo)，持續(xù)降低建設(shè)成本；開展風(fēng)電源網(wǎng)協(xié)調(diào)技術(shù)研究，以適應(yīng)新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。在高塔方面，該集團(tuán)將200米及更高塔筒作為發(fā)展方向，開啟了前瞻性研究。
在張北國家風(fēng)光儲輸示范工程中，許繼集團(tuán)就實(shí)現(xiàn)了自動調(diào)頻調(diào)壓技術(shù)、風(fēng)電機(jī)組有功無功的在線可調(diào)技術(shù)、130%過電壓穿越（HVRT）、虛擬同步技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用。這些技術(shù)為新能源的友好并網(wǎng)鋪平了道路。許繼集團(tuán)為河南封丘荊隆宮風(fēng)電場提供了19臺葉輪直徑為131/146米的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，并引入了輪轂中心高度140米的超高混塔風(fēng)電機(jī)組，拉開了高塔風(fēng)機(jī)推廣和應(yīng)用的大幕。
截至2020年年底，許繼集團(tuán)已在河南、河北、山西、內(nèi)蒙古、青海、新疆、云南、遼寧等多個省份投運(yùn)風(fēng)電機(jī)組近1500余臺。這些風(fēng)電機(jī)組平均每年發(fā)電60億千瓦時，可供約300萬戶家庭全年用電，相當(dāng)于中和了200萬輛燃油汽車全年的碳排放。
許繼集團(tuán)將繼續(xù)發(fā)揮優(yōu)勢，深挖潛能，加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)，為我國中東部低風(fēng)速區(qū)域的風(fēng)電場發(fā)電機(jī)組選型提供更優(yōu)質(zhì)的解決方案。
（許繼集團(tuán)供圖）
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