随着国内风电产业不断发展壮大,风电机组叶片长度、轮毂高度的不断突破,其塔架的技术路线出现了分歧,本文将从经济性、安全性、市场发展情况简单介绍当前主流的钢塔、混塔两种塔架技术路线。
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图片来源:北极星风力发电网
经济性,140-160米是分水岭
目前,业内对于塔筒技术路线的经济性存在很大争议,有人认为钢塔经济性强于混塔,也有人认为混塔经济性高于钢塔,这里不能一概而论,需要具体到某个风电项目以及项目所具备风资源、地形、机组容量和高度等情况具体分析。
通过与诸多行业专家学者沟通,北极星发现,有一项因素直接决定了塔筒的经济性,它就是风机轮毂高度。在绝大多数情况下,风机轮毂高度越高,混塔经济性相比钢塔会更具备优势,那么当高度达到多少米,两者经济性会达到分水岭?
以下是某风电项目钢塔混塔成本比较,该项目批量安装了4MW机组,可以看出,当塔筒高度在140时,钢塔的经济性优于混塔;当高度来到165米时,混塔的经济性已经略高于钢塔;但当高度达到185米时,经测算混塔的经济性明显优于钢塔。
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来源:CCPA风电混塔分会
不同项目情况不一样,上图CCPA风电混塔分会公布的一个不同高度下,钢塔与混塔成本的走势图,可以看出,在塔架高度120米到140米左右,钢塔和混塔经济性基本不分上下,但随着高度的增加,高度来到140米及以上,混塔的经济性优势逐步凸显。
此外,混塔与钢塔经济性还与原材料的价格息息相关,钢塔筒原料(中厚板)受到进口铁矿石及国内限产环保政策影响较大,而混凝土价格及相关配料价格相对而言均比较稳定。
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图片来源:天杉高科
以中低风速4MW机组(120m轮毂高度)的东北某项目进行对比。在钢塔筒采购单价为7200元/t时,钢混塔与全钢塔成本基本持平,随着钢塔筒采购价格持续走高,钢混塔经济性相对较高。
安全性毋庸置疑,但各有所长
塔架的高可靠性是确保风电机组正常运行的首要条件,不论是混塔还是钢塔,都要求具备极高的安全性。
钢塔是国内应用最广泛的塔架形式,数据显示,目前超过90%以上的机组都采用了刚性钢塔或柔性钢塔,而高度在120米-140米风电机组,已多数采用柔塔技术,相对于刚性塔筒,其塔筒重量明显降低,造价明显降低,材料、工艺、运输、吊装和传统刚性塔架并无实质区别。
安全方面,钢塔技术从中国风电萌芽之初应用到现在,经历了30余年的安全性验证,最早的一批钢塔机组已经安全退役,钢塔技术已经形成完备成熟的产业链,在一定高度空间和条件下,钢塔技术路线还是具备绝对优势的。
混塔技术近十年开始兴起,从2015年中国第一台风电混塔样机树立以来,不到十年的时间,混塔技术已经得到了充分的验证,据球哥看风提供的数据显示,国内混塔陆上风电装机规已经接近18GW,2023年,混塔实际中标混塔风电台数接近4000台,交付数量接近2000台。
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来源:CCPA风电混塔分会
对于160米级别以上超高风机,全钢柔塔技术路线存在太大不确定性,同时,钢材等原材料成本上升,混塔技术成为提升风机高度和保障机组可靠性运行的另一选择。国内180米及185米级别以上的超高风电机组,基本全部采用了混塔技术。
当然,我们也应该看到,对比钢塔,虽然混塔有着成本低、结构刚度大、运输限制少这些显著的优点,但以下几点缺陷仍然是风电行业需要克服的难题。
混塔生产周期长,对环境要求较为严苛。三北地区寒冷干燥的环境往往是混塔生产制造和储存养护的大敌,干燥会使水泥缺乏足够的粘结力,从而会在混凝土表面出现片状或粉状脱落。
混塔质量管控难度大。预制管片对环境温度、湿度等因素较为敏感,养护过程中易产生裂缝,修复困难,预制管片在运输和安装过程更是管片发生损伤的重灾区。
预制管片质量对原材料和工艺要求高。需要严格控制原材料的质量,对水泥、骨料等进行抽样检测,控制混凝土的搅拌时间、搅拌速度和水灰比等参数,确保混凝土均匀一致,防止出现大面积气孔和质量缺陷。控制混凝土的浇筑速度和振捣方法,避免过快或过慢导致的质量问题。
正如风机直驱、双馈、半直驱技术路线之争一样,在低电价时代,后者成为更多企业的选择。钢塔和混塔的技术路线之争,笔者认为,目前难分高下,在保障安全的前提下,哪种技术路线能最大程度的适应市场需求,谁才能更甚一筹。