中国海装李强：在低风速地区推高轮毂高度可以提高发电量

2019年10月21-24日，2019北京国际风能大会暨展览会（CWP2019）在北京隆重召开，大会主题“风电助力‘十四五’能源高质量发展：绿色、低碳、可持续”。自2008年首次在北京举办以来，已连续举办11届，成为北京金秋十月国内外风电行业争相参与的年度盛会。

CWP2019进一步加强了大会的国际化特色，组织了20余场精彩论坛和各类活动。其中，竞价/平价上网：风力发电创新技术论坛于10月23日下午在新国展召开。三一重能有限公司研究院副院长陈湘泉出席大会并发表主题演讲。以下为发言全文：

李强：尊敬的各位来宾，各位专家，各界同仁大家下午好，我是中国海装李强，今天主要分享的内容是超高塔架解决方案关键的技术方面的研究。那么今年随着几条政策的出台，引起了我们风电业内的关注。那么主要因为新的政策里面规定了，在2021年新核准的所有的陆上风电机组都要实行平价上网，那么平价时代的到来，也为我们整个风电产业链的成本控制，提出了一个不小的挑战，那么同时对于我们机组的发电量，可利用率提出了更高更严苛的要求。那么实际上目前能够提高发电量的技术手段实际上很多，像大容量的机组，长叶片，以及在低风速地区经常用到的高塔架，当然还有很多，像叶片增效等。那么我们今天主要来谈一下推高轮毂高度的技术手段，就是高塔架。那么我将分为几个方面，首先谈一下高塔架的开发背景，换句话说我们为什么要做这个高塔架这种产品，那么二一个是对于市场上的几种，比较主流的技术路线，做一个探讨，最终是对我们海装高塔架的产品的介绍，从设计理念，到生产、施工，一系列的内容。

我相信在座的各位专家都知道，我们在低风速地区推高轮毂高度，进而提高发电量，主要是基于一种气象学的现象，就是风切变，那么现在已经有足够多的这个数据项目，去论证这一点，我们在切变较好的地方通过推高轮毂高度可以获得更好的风资源，进而提升发电量。我们以江苏某地的这个测风塔的数据来做一个比较，那么这个地方当然切片比较好，达到0.3，我们在轮毂高度分别从100米增加到120、140，再到160，那么这个发电小时数的增量，我们看到从增加370、190，又增加190。那么这个是一个情况。我们就以从140米增加到160米增加的这个190个小时来做一个评估，其实我们很容易就可以算出，如果我们以一个十万的项目上2.2兆瓦的机组，我们二十年的发电量，190小时的一个增量，我们以江苏3949火电的一个价格0.39，那么二十年下来，收益可以超过1.5个亿，那么作为45台我们均摊下来，每一台的收益增量超过330万，还是非常可观的。但是我们把这个轮毂高度从140米送到160米，所要花费的费用远远达不到100万，是一个情况。

作为我们传统的钢质塔筒，那么它的这个设计区间，尤其是一阶过度平率，是介于1P和3P之间，这个我们都清楚，也是我们的一个比较常规的设计区间。那么当这个轮毂高度超过100米以后呢，我们就管这一类的塔筒称为高塔筒。那么我们如果以传统的工艺，或者是传统的频率设计区间，将传统的高塔筒直接升高到120、140，甚至更高，当达到120米我们的用钢量会骤增，可能得达到五六百吨，虽然最近钢材价格在萎缩，但是以目前市场上这个钢材的价值来讲，也要达到五六百万，所以市场上还没有人这么做。那么目前市场上的高塔架的形式有很多，像航架式、分片式、柔塔，以及有混凝土介入的这种混凝土塔筒。

那么作为这个航架式塔筒，它的优势就是用钢量很少，那么经济性比较好，但是由于它这个航架结构，螺栓众多，后期维护起来负担比较大，所以在市场上目前还没有被广泛应用。以及同样在国内没有被广泛应用的分片式塔筒，那么这种塔筒由于它这种分片式结构，运输非常的方便，而且可以标准化生产，但是同样是由于后期螺栓维护，以及现场吊装，拼装的工期等等原因，同样没有被广泛的使用。那么这个是行业内俗称柔性塔筒，实际上就是钢质塔筒，就是纯钢的钢质塔筒。那么它从制造工艺，材料上，跟传统的塔筒没有什么区别，那么他们的区别就是塔筒在增高的同时减薄避厚，那么作为一个薄壁的塔筒的支撑结构，避厚减薄了之后，呈现出来的一个状态就是比较柔性，那么它的摆幅会增大，频率会降低，这个频率直接降低了主轴旋转频率范围内，这个1P，存在这么一个公共区域。我们知道从物理学里面这个共振角度来讲，那么两个频率相交的时候就存在共振的风险，那么这是柔性塔筒。它的优势也是用钢量很少，吊装快，但是从运行阶段和吊装阶段存在一定的风险，那么由于来回躲避共振点的这个动态穿越，那么要有一定的发电量损失，但是损失的不是特别多。

那么这就是由混凝土介入的混凝土塔筒，混凝土塔筒又分为全混和钢混，那么顾名思义，就是由混凝土组成的支撑结构。那么全混塔筒的优势是钢性非常的好，它这个设计区间频率是介于3P的右侧，钢性非常的强，但是由于每一节的节数众多，吊装起来速度很很慢，然后就是对于场地、运输各方面有各种限制，所以我们认为从使用性上还是有一些不足。那么最后就是这个钢混塔筒，钢混塔筒就是一段钢塔跟一段混凝土塔筒，通过连接形成了这种支撑结构。那么我们认为它既吸收了传统钢塔顶部的比较好的技术性，成熟性，以及经济性，那么用混凝土代替下面壁厚最大，也是用钢量最高的几段，那么就吸收了混凝土的这种抗疲劳能力强，可塑性强，钢性强的这个特点。

那么我们认为这个钢混塔筒的这些优势，首先是我们可以以一个比较适中的经济性，将轮毂高度送到一个超高的高度，像现在已经做了的120米、140米、160米，作为钢混塔筒实际上可以做到两百米以上，当然要客观的吊装设备条件满足要求。那么二一个就是由于这种支撑结构动态阻尼得到了改善，那么使它抗疲劳能力非常的强，那么混凝土的部分可以用到四十年到五十年。如果二十年以后，机组服役期满，那么如果当地的地貌和风资源没有发生巨大的变化，我们是不是可以把机组和钢塔吊下来，换一套新的上去。

那么作为这种支撑结构，它抗横向阵风的能力很强，所以在吊装的时候我们可以把所有的混凝土段先吊完，因为我们知道所有的部件、机组、叶片，钢塔的到场时间结点，你想把握的非常的准，不是很容易的。那么所以在每一个东西没有到齐之前，我们可以先把混凝土段全部吊完，这个是我们在吊装上提供了一个比较好的柔性。好，那么目前市场上像所有做混凝土塔筒的这个整机商，那么几乎都是采用预制的形式，那我们知道先浇的这种形式已经无法满足我们现代风电场建设的一个速度了，所以采用预制的形式，从生产、运输、吊装，各个方面的效率都已经有很大的提升。那么最后就是混凝土塔筒的底部的空间很大，很宽敞，能给内部的设备的陈列提供一个很好的空间。

那么这个就是我们中国海装推出的一个钢混塔筒的一个产品，我们来看一个片子。

（视频）

那么海装的这款混凝土塔筒，或者叫钢混塔筒，我们称它为分片形式，因为作为混凝土部分，预制建的形式，目前市场上比较主流的就是两种，一种是这种锥筒形式的，另外就是分片式。那么实际上我们在2017年的时候，用过左侧这种形式，那么是做了50台全混塔筒，做的是120两兆瓦，做的120米。那么我们在应用这种锥筒形式的预制构建的时候，发现了一些问题和不足，因此我们又开发了分片形式，我们来看一看我们在开发分片形式的时候，我们的一些思路，和我们为什么要这样做。我们2017年的时候在风场做锥筒形式混凝土塔筒的时候我们发现，虽然塔筒的每一个截面都是正圆形，但是由于塔筒要实现锥度，所以每一个截面的曲率、直径都不一样，它是不断收缩的。那么所有的环项钢筋，又是在现场由工人手工编制的，那么实际上这个对现场钢筋编织的工艺把控是提出了一个不小的挑战。那么我们新开发的这种分片式，我们现在能看到的所有的横向相邻的钢筋，或者竖向相邻的钢筋，尺寸、形状全是一模一样，换句话说我们只需要机器把他们所有提前预制出来，由人为或者工人把他们放在该放的位置就可以。我们认为这样降低了，由于人为的失误造成了对于构建，尤其是钢筋龙质量的一个影响，我认为把这个风险吸收掉了。

我们再看模具的数量，我们知道由于要运输的要求，每一节锥筒型塔筒不可以做的太高，那么我们当时是做到4米左右。我们可以算一笔帐，120米的全混塔筒，做每节4米，就30节，30节就意味着30个模具，模具多了第一工艺不容易把控，第二个就是经济性比较差，因为在现在平价这样一个大背景下，对我们的经济性提出了一个更高的要求。那么新开发的这种，由于我们的每一种元素的通用性，只需要两种模具，一个平板一个圆角就可以完成所有的生产，那么右侧那个半锥筒型那个是我们的一个法兰的一个模具，就说只需要三种就可以完成完成所有的生产。我们认为模具数量的降低对整个行业的在批量化产业化以后，对这个经济性都有一个极为正向的影响。那么再就是浇铸，我们四米多的一个浇铸高度的大概在接近五米了，四米八，我们知道混凝土的密度很大，落下来的时候，其实模具，内外模内的腔体内的压力是非常巨大的，所以我们看所有的模具外面加了非常密的加强勒，这也是对于模具的一个成本投入的一个负向影响吧。

那么我们新开发的这种是平躺式浇铸，构建厚度只有两百二到两百八，浇铸高度不足一米，可以说从我们自己生产的角度来讲，工艺非常容易把控。这是我们平板段的一个生产，堆放的一个特色，平板段式可以平行摆放。这个是圆角段，圆角段可以层叠摆放，换句话说可以说落着放，最高可以落三到四层。那么我们知道我们曾经做的这种锥筒形式的，它只能平行并排放着，对堆场的面积要求非常的巨大，那么目前我们采用这种形式呢，所使用的堆放模式，对于堆场的投资的经济性，同样有一个非常正向的影响。

我们再来看运输，无论是平板的运输，还是圆角的运输，那么我们都符合国内限高的一个要求，实际上允许通过的国内所有的桥我们应该都钻的下去。那么这是我们认为在运输上的不同，那么锥筒形式如果不在风场内建场，那么还是要运输的，所以最下面的直径最大的几段，有关国内运输向限宽的一个要求，一般是分为两半或者三半，下面几段我们可以把它当做是分片式。另外一个就是从吊装的效率上我们认为有一个本质的飞跃。那么原来锥筒型这种我们做的时候，每节4米，第一节放在基础上，剩下的29节要吊29次，而且每次要做浆，或者是对这个摩梭的孔道的圆心都要花很多时间，所以之前吊装的时间是非常的长，如果我们做到140米，吊装的速度将更慢，那么现在我们做这种呢，每一节的长度有16米，那么如果于我们的140.25为例的话，我们的混凝土段有四段，第一段在基础上直接拼好，那么换句话说主吊净长，只吊三沟就可以转场了，速度非常快。那么这就是在基础上拼第一段，在预装平台上拼剩下的三段。实际上我们的第一个吊装线是跟着基础土建的进步的交付跑的，你交一个基础我给你拼一个，交一个基础拼一个，因为两百以下的小轿车很便宜。那么主吊进场之后进行整段的吊装。超过混凝土段以后，上面就是传统的吊装了。

那么下面说一些我们在合适上面做的一些工作，我们在我们做的混凝土塔筒，从钢塔筒接缝，到混凝土塔筒和钢塔筒连接法拦，混凝土塔筒的各片的接缝，塔机的接缝，各个部分吧，反正布满了应力片，用来判断我们的这个实际值是否与我们的设计值这些指标是相符的，结果还是比较喜人的。这是我们在塔筒内张贴的应力应变片。那么同时我们进行了相应的模态分析，当然了结果也是1P和3P之间，加上我们设计的时候考虑10%的安全余度，大概就是在1.1P到2.7P之间，是一个常规的塔筒，跟一个七八十米的传统塔筒的设计区间是一样的。同时我们在所有的运力锚索，选择了一些我们比较关注的地方，添加了锚索剂，对索力进行检测和检测，国家的桥梁上的规定是衰减量不能超过6%，我是大上个月去侧的，只有4%，因为衰减的速度，它前几个月是非常快的，到后面直接就平缓了，所以说我们这个季度已经运行快两年了，那么说明这个衰减量几乎已经停了，所以说还是非常的可靠。

那么这是我们的钢混塔筒目前的一个形谱，从120的两兆瓦，这个120两兆瓦我们是只做了120米，到后面的1362.2，1402.5，1462.5，1403.4，1463.4，全部都是从120米到160米那么形谱包括120米、140米和160米。那么在这里也借这个机会做一个新的产品的一个发布，我们将在2020年一季度推出156-3.X，160米高度钢混塔筒，那么将在江苏实现吊装，也欢迎业内的同仁到场观看。好，我的内容就这些，感谢。

（根据演讲速记整理，未经演讲人审核）