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混合塔架技術可提升發電量30%
——訪MECAL(北京)工程技術有限公司總經理奧云
2016-07-11 19:00  · 來源:中國能源報  · 作者:張子瑞  · 責編:新能源

編者按

  增大葉片長度和增高塔架高度已成為提升風機發電量的兩大利器。然而,傳統的全鋼塔架在增高的同時也面臨著塔壁厚度、運輸高度及重量、制作成本的限制。在此背景下,混凝土塔筒+鋼筒的混合塔架技術方案不失為一種兼具安全性和經濟性的選擇。作為全球知名的風電和風機設計公司,荷蘭MECAL公司在國際上率先倡導并實踐了混合塔架技術路線,MECAL(北京)工程技術有限公司總經理奧云接受記者專訪時表示,隨著“十三五”時期中國風電開發重點向中南部轉移,混合塔架技術在中國的應用將越來越普遍。

  應用廣  提升發電量顯著

  中國能源報:混合塔架技術在降低風電全生命周期的度電成本上能發揮多大作用?

  奧云:在很多低風速地區,傳統的低于100米的鋼筒塔架僅能使風機達到1800年利用小時數甚至更低,大多數風電投資商通常要求內部收益率不低于8%-10%,因此,1800年利用小時數產生的效益很難對投資商產生吸引力。

  如果使用120-130米的混合塔架替代80米的傳統鋼塔,輪轂高度得到提高,風機所處的風況會更好,風速通常能增加10%以上,年發電量能提高30%左右,即能夠達到2400年利用小時數,發電收益的增加遠超塔架成本的增加。另外,混合塔架僅需增加一些初期投資,無需后期維護,其本身的投資回收期只有短短幾年。

  需要注意的是,在一些起伏山地等比較特殊的地形,增高塔架不一定能獲得更高的風速,需要對當地的風資源和地形條件進行針對性分析,從而判斷混合塔架技術是否確實能有效提升其發電量。

  總體而言,混合塔架技術所帶來的發電量的提升必將使整個項目的經濟收益獲得顯著提高,從而有利于降低全生命周期的度電成本。

  中國能源報:混合塔架技術在低風速地區頗具應用優勢,那么在“三北”地區以及海上,混合塔架的適用性是如何的?

  奧云:混合塔架在低風速地區最具經濟性,而在“三北”高風速地區也具有適應性。首先,從空間上看,“三北”地區高風速只是地區平均值,不同地理位置風速會有較大差別,同一風區內的不同風電場年利用小時數甚至可能相差30%,這類風速相對較低的風場如果采用混合塔架,能進一步提高發電量。其次,從時間上看,“三北”地區并不是所有時段都風速高,一般是冬春風速高,夏季明顯降低,波動非常大。根據部分數據統計,寧蒙、陜蒙交界地區風速偏低,全年平均風速低于5米/秒的時段約為40%,低于6米/秒的時段接近50%。如果采用混合塔架,能提高低風速時段的發電量。因此,在那些實際風速低于風機設計風速的地區,通過優化設計找到風輪直徑、額定功率和塔架高度三者的最佳組合,從空間和時間上提高對風能的整體利用效率,將有效降低風電的波動性,增加發電量,電網也更易于對其接納。

  在海上風電場,塔架運輸沒有陸上那種針對尺寸的限制,就可以自由選擇大直徑的鋼管塔筒,所以,對海上風電而言,鋼塔架仍舊是一個合適的選擇。不過,由于混凝土塔架抗腐蝕能力強,比鋼塔更適合鹽水環境,因此,混合塔架也適用于海邊的風電場。

  國際應用成熟  國內尚起步

  中國能源報:混合塔架技術在國外的應用情況是怎樣的?

  奧云:這項技術在歐洲已經應用于不同類型的風機及不同的自然環境。世界著名的風機制造商,如西門子、GE、歌美颯、安迅能、蘇司蘭等都已應用我們的混合塔架技術。在巴西、墨西哥、印度以及美國、德國、西班牙等國建造實例已超過1500臺,最高能建到160米,已經屬于成熟技術。其中有很多是全預制混凝土塔架,也有很多是上鋼下混(混凝土段高50-100米)的混合塔架。近期建造的塔架多在90-150米之間。

  MECAL公司在德國風機試驗場的混合塔架樣機已安全運行7年,年利用小時數達到3300小時。根據第三方測試的數據,與90米高的全鋼標準塔架相比,發電量提高了28%。

  MECAL公司多年前第一個把雨流計數方法結合了有限元算引進到風機設計,當時我們和認證公司一起開發了新的適合于風機設計的計算方法。在混合塔架的認證上,我們又一次和DNV-GL公司,TüV公司一起開發了新的計算方法。我們采用了德國DIBt建筑標準,并符合風機設計的IEC-61400要求。在中國市場,我們也準備和中國的認證公司進行合作。

  中國能源報:在中國的應用案例中,遇到了哪些實際問題?

  奧云:混合塔架技術在國外已經應用成熟,國內風電近年來高速發展,主要集中于高風速地區,使用常規低塔架已經滿足需求,因此國內仍缺乏成熟的混合塔架應用案例。國內風電運營商對于混合塔架的技術可靠性、服務能力、尤其是提高發電量以彌補塔架成本的增加方面,還有疑慮。目前國內不少高層技術人員已經認識到了混合塔架技術的成熟性,需要進一步開展商務合作。

  MECAL公司花費了10年的時間研制開發了混合塔架技術,可以大幅度提高發電量,我們希望此項技術在中國被廣泛使用,造福中國的風能事業。MECAL(北京)工程技術有限公司是專門針對中國市場成立的,有MECAL公司經驗豐富的技術隊伍做支持,有專業人員進行現場技術指導和售后服務,能夠保證混合塔架這項新技術在中國的順利實施?;旌纤芗夹g是一項專利技術,在中國開始推廣以來,我們已經發現有專利侵權的問題,對此我們有一些憂慮。

  預制方式更能保證質量穩定性

  中國能源報:您此前提到混合塔架技術的優勢,業內也很關心,混合塔架與傳統鋼塔架相比,是否也有自己的劣勢?

  奧云:對于混合塔架來說,現場安裝時間比傳統鋼塔長一些。由于高度增加,當機艙或輪轂需要大修時,需要更大的吊車,吊裝成本也會高一些。

  此外,由于該技術在中國的應用比較新,暫時還不能直接購買混合塔架成品。不過在中國高鐵/鐵路等的施工中很多地方有遺留的混凝土預制板制造、攪拌場地,可以考慮租用這樣的場地進行現場制造,從而可以節約大量的運輸成本,實現本地制造。

  中國能源報:目前,國內如金風科技等企業也在推混合塔架技術,MECAL公司的混合塔架技術與其他公司相比,有何不同?

  奧云:我們通過相關報道了解到金風科技已經研制了混合塔架技術,這也表明國內業界對這一新技術方案開始認同。

  MECAL公司活躍于國際風能行業近30年,在風機整機設計、部件和控制系統設計、分析以及撰寫認證報告和現場測量等方面具有豐富的專業經驗,MECAL公司的混合塔架技術多年來也形成了自己獨特的品質。

  我們用于混合塔架的原材料是混凝土,很多人認為這是一種建筑。但是,常規建筑物建造質量的標準不適用于風電的混合塔架?;旌纤苄枰惺荛L期動態載荷,應該由質量完全可控、可重復的工業流程生產,因而需要通過穩定的高質量預制部件方式來實現,以應對風機生命周期內的高動態載荷,為此,我們采用預制部件而不是現場澆筑的方式,以保證質量的穩定性,從而能夠完全滿足風機20-25年設計壽命的需要。由于在室內制造產品,不受日照以及任何天氣因素的影響,也能更好控制工期。另外,如果設計一座錐形混凝土塔筒,那么從上到下所有鋼筋的彎曲度都將不同,生產過程復雜,質量控制難。而我們在中國推廣的方圓形混凝土塔段,其弧面板材彎曲半徑全部一致,所有鋼筋形狀一樣,這樣使生產更簡便、質量把控得到保證。此外,我們采用低壓模具制作板材,這種減壓成型能夠提高壽命和精準度。所有的接口由其形狀和所處模具的位置決定,這大大提高了產品的尺寸精度。

 

  

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