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智库 | 五个关键词,读懂钢混塔——之一“收益”

作者:admin 时间:2017-05-10 14:28 来源:金风科技微平台 点击:次 字体大小:

编者按

为充分利用尽可能多的风能,在风切变高的地区安装更高的塔架,成为低风速风电开发的好选择。由钢结构与混凝土结构组成的混合型塔架(以下简称钢混塔),因为可以将轮毂托举在100米至140米的空中,并具有极强的经济性和可靠性,如今颇受瞩目。近期,我们将通过五个关键词,对高塔架进行系列解读,带你读懂钢混塔。

 

关键词一:收益

江苏射阳临海二期风电场部分机组采用了钢混塔,业主收益显著提高

钢混塔提高业主收益这事,要先从高塔架的应用说起。

随着弃风限电问题的日益严重,国家风电开发战略及政策由此前的“三北”地区为主,逐渐转向中东部、东南部及西南部地区,形成所谓“百万雄师过大江”之势。

然而,这些地区的风资源条件相对较差,那么通过增加风电塔架高度,将轮毂托举在风速更高的空中,成为提高低风速地区发电量及收益的一个好选择。

钢混塔架,就是应用范围最大与数量最多的一种高塔架,它的出现,使东北、山东、江苏、河南、安徽、湖南、湖北、广东、福建等不少风切变系数较高的地区,原本不具备风电开发条件的风场项目,也能“算得过来账”。

据某项目数据显示

在使用金风科技同一款2兆瓦115米风轮直径机组产品时:

  • 安装有85米传统钢塔架的机组,平均风速为每秒5.2米,平均标准利用小时数为1935.1,上网电量为387.02万千瓦时;

  • 安装有100米钢混塔架的机组,平均风速为每秒5.39米,平均标准利用小时数为2179.3,上网电量为413.82万千瓦。

因此,以该项目为例,将85米轮毂高度提升至100米后,其利用小时数平均提升134小时,以每度电0.5元计算,年增加上网电价合计13.4万元。

以一个总容量为5万千瓦的风电场计算,一年增加发电量可达335万元,在其20年的生命周期中,共可增加6700万元的收益。

而据江苏射阳临海二期风电场实际运行数据显示,该项目因使用金风科技的钢混塔,设备可利用小时数提升超过300小时

高收益回报带来业主对金风产品更多的信赖与认可

      在这样的高收益面前,你是否已经有了心动的感觉?但话说回来,既然高塔架种类并不少,为什么说钢混塔是更好的选择?

关键词二:可靠

你知道么,钢混塔在欧美国家,已经应用很久,安装这类塔架的机组,多达上万台。按一位塔架专家的话说,高塔解决方案很多,包括钢混塔、柔塔、桁架塔、木质塔等,虽然最近我们总听说柔塔,但其实钢混塔在高塔架的市场份额,高达80%。

你一定会问,柔塔看上去更接近于传统全钢塔架,但应用更多的却是钢混塔,这是为什么?难道老外傻?

钢混塔的结构

其实,柔塔并非传统钢塔,钢混塔反而与传统钢塔的结构特征一致。

柔塔与钢混塔的最大区别,就是刚度不一样。相对于柔塔而言,钢混塔自有振动频率更高,刚度和强度与传统塔架相比基本无异,被业界比喻为“硬汉子”。

而柔塔因相比传统全钢塔架减少了用钢量,其自有振动频率也大幅降低,因此更为“柔”一些,可谓“软妹子”。

在相同条件下,如果给予钢混塔和柔塔顶端相同的力,那么钢混塔的摆幅与传统塔架没有实质上的区别,而柔塔的摆幅就大不少。

柔塔自有频率低于叶轮额定转速频率,对于柔性塔架来说,从叶轮起转到叶轮达到额定转速期间,会在某个转速点上与叶轮出现共振。为了穿越那个共振点,减小摆动,需要对机组的控制策略进行改动,这就存在一个设计经验和技术先进性的问题,从而关乎到整个机组的可靠性。

而钢混塔不需要对控制策略进行任何改变,因为它的物理特性,就已经决定了安装钢混塔的机组,与安装传统全钢塔架的机组,在可靠性上没有差别。

所以,钢混塔更为可靠,具有更高的耐受力,也更能适应风况复杂的地区,应用范围广泛。

其实,钢混塔不仅在可靠性上表现出色,而且由于其下部为混凝土,因此具有很强的防水性能。在实际应用的案例中,如大唐龙感湖项目,在2016年曾受到洪水侵害,正是由于使用了钢混塔,机组在洪水期间都没停止发电。

大唐龙感湖项目由于使用钢混塔在洪水期间仍正常发电

关键词三:快速

据了解,由于我国应用较早的钢混塔项目,采用了现浇式施工方案,所以有不少参观过项目建设的同行认为,钢混塔项目建设工期较长,体验确实不爽。

但事实上,目前国内唯一有批量钢混塔安装的整机商——金风科技,早已通过采用预制混凝土段的技术方案,避免了工期影

为此,一位塔架专家将传统钢塔与预制式钢混塔的安装施工工期进行了对比。

正在吊装的预制式钢混塔

传统钢塔的基础施工约为12天(以下施工周期根据现场实际情况略有差异)。在基础混凝土浇筑完成后,需要等待28天,机组吊装时间2-3天。

因此,传统钢塔机组的安装施工工期约为43天。

而预制式钢混塔的基础施工也为12天。在基础混凝土浇筑完成,等待基础固化的28天时间里,由于预制混凝土段的生产不用在现场进行,那么除了前7天外,可在余下的21天中根据钢混塔的混凝土段高度不同,任选15天吊装预制混凝土段。在28天过后,再用2-3天,吊装上面的钢结构段和机组。

因此,预制式钢混塔架的安装施工工期也为43天。

并且更可关注的是,上述混凝土预制塔段的生产可以通过标准化固定工厂或移动工厂提前完成,不仅不会增加机位点的征地面积,而且不会影响项目整体施工进度

现在,你已经可以相信,钢混塔需要更久的安装周期,只是个传说。

关键词四:独家

 

正在吊装中的钢混塔

在欧洲,虽然钢混塔最高的规格已经做到了160米至170米。有一些整机商,大部分机组都安装的是钢混塔。但在国内,目前只有金风科技的钢混塔有批量装机,同时,金风科技也是最早在国内研发钢混塔的企业。

据悉,金风科技的第一台现浇式钢混塔样机,于2013年在达坂城并网;第一台预制式钢混塔样机,于2015年并网。到2015年至2016年期间,金风科技已开始批量应用钢混塔产品,在手订单不断增长。

然而,金风科技最初对钢混塔的开发之路,也并不顺利。其最初希望从国外引进这项技术,但没有实现,最终还是选择了自主研发,最终取得了成功。

没有从国外引进钢混塔技术的原因,一方面是国外掌握技术的公司漫天要价,更重要的是,从国外引进的钢混塔技术,到国内极易遇到水土不服的情况

 

已完成吊装的采用了钢混塔的风电机组

对此,一位产品经理说,一方面是国外的标准与国内相差甚远,例如在抗震等级上,欧洲标准是4度左右,而中国所有地区都在6度或6度以上,很多地区是在7度或8度。再比如在钢筋的匹配上,国内外标号不同,需要进行转换。因此,对国外的技术标准进行改进,技术参数就会出现很多变化,直接影响到产品可靠性。

另一方面,在加工工艺上国内外的水平也有很大差距。以欧洲某工厂生产的直径为9.6米的混凝土环为例,精度高达1毫米。而国内加工的4米钢法兰,从机床上下来都难以达到这样的精度。

因此,为保证产品质量,金风科技决定进行自主研发,根据中国国情,使用中国标准,设计中国产品,应用在中国的市场。

 

关键词五:先进

其实,别看钢混塔被形容成踏实可靠的“硬汉子”,但如果想把其做好,还是需要下不少功夫。

据了解,金风科技早在2010年便开始立项做这项工作,到2015年批量供应产品,历经5年。正是通过不断的努力,其才在一系列技术上都达到了相当高的水平。

例如,在竖向预应力混凝土体系与钢结构体系相结合的设计上,达到了国际领先水平。在建筑行业解决超大弯矩高耸结构的设计上,达到了国内领先水平。在预应力混凝土结构解决千万次超高疲劳周期级别上,达到了国内领先设计水平。

上述三项“领先”,第一个是通过竖向预应力的高精尖设计,埋设钢索,解决了钢混塔的混凝土结构与钢结构相结合的难点。

第二个是突破了我国建筑行业对高塔这样结构的超大弯矩设计能力,实现了风机在空中进行捕风发电时,混凝土结构承载超大弯矩的能力。

第三个是超越混凝土行业对于高层建筑疲劳周期达到200万次的标准,通过先进的设计,将钢混塔的疲劳周期级别提升至千万次水平,适应风电机组在整个生命周期中的需要。

从设计到批量生产,金风科技也攻克了一个个难关。

例如,由于混凝土预制段具有承载功能,且各段规格有差异,因此其模具的制作精度要求非常高。金风科技经过一年的技术攻关,最终将模具精度提高到了1.5毫米。

由于混凝土预制件为半环形,在吊装现场需要将其拼为整圆,重心难找,金风科技为此开发了一套专用吊具,方便对拼。

为在吊装预制件时完成精度微调,金风科技又开发了一套可移动的工装设备,一加压就可以将两片预制件合二为一。

可以说,钢混塔看上去简约并不简单,用上去坚固且可靠。

 

目前,搭载100米和120钢混塔的金风科技GW2.XMW机型,已经取得了鉴衡设计评估认证证书,为业主提供了更多选择。(完)

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