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混合塔架技术可提升发电量30%
——访MECAL(北京)工程技术有限公司总经理奥云
2016-07-11 19:00  · 来源:中国能源报  · 作者:张子瑞  · 责编:新能源

编者按

  增大叶片长度和增高塔架高度已成为提升风机发电量的两大利器。然而,传统的全钢塔架在增高的同时也面临着塔壁厚度、运输高度及重量、制作成本的限制。在此背景下,混凝土塔筒+钢筒的混合塔架技术方案不失为一种兼具安全性和经济性的选择。作为全球知名的风电和风机设计公司,荷兰MECAL公司在国际上率先倡导并实践了混合塔架技术路线,MECAL(北京)工程技术有限公司总经理奥云接受记者专访时表示,随着“十三五”时期中国风电开发重点向中南部转移,混合塔架技术在中国的应用将越来越普遍。

  应用广  提升发电量显著

  中国能源报:混合塔架技术在降低风电全生命周期的度电成本上能发挥多大作用?

  奥云:在很多低风速地区,传统的低于100米的钢筒塔架仅能使风机达到1800年利用小时数甚至更低,大多数风电投资商通常要求内部收益率不低于8%-10%,因此,1800年利用小时数产生的效益很难对投资商产生吸引力。

  如果使用120-130米的混合塔架替代80米的传统钢塔,轮毂高度得到提高,风机所处的风况会更好,风速通常能增加10%以上,年发电量能提高30%左右,即能够达到2400年利用小时数,发电收益的增加远超塔架成本的增加。另外,混合塔架仅需增加一些初期投资,无需后期维护,其本身的投资回收期只有短短几年。

  需要注意的是,在一些起伏山地等比较特殊的地形,增高塔架不一定能获得更高的风速,需要对当地的风资源和地形条件进行针对性分析,从而判断混合塔架技术是否确实能有效提升其发电量。

  总体而言,混合塔架技术所带来的发电量的提升必将使整个项目的经济收益获得显著提高,从而有利于降低全生命周期的度电成本。

  中国能源报:混合塔架技术在低风速地区颇具应用优势,那么在“三北”地区以及海上,混合塔架的适用性是如何的?

  奥云:混合塔架在低风速地区最具经济性,而在“三北”高风速地区也具有适应性。首先,从空间上看,“三北”地区高风速只是地区平均值,不同地理位置风速会有较大差别,同一风区内的不同风电场年利用小时数甚至可能相差30%,这类风速相对较低的风场如果采用混合塔架,能进一步提高发电量。其次,从时间上看,“三北”地区并不是所有时段都风速高,一般是冬春风速高,夏季明显降低,波动非常大。根据部分数据统计,宁蒙、陕蒙交界地区风速偏低,全年平均风速低于5米/秒的时段约为40%,低于6米/秒的时段接近50%。如果采用混合塔架,能提高低风速时段的发电量。因此,在那些实际风速低于风机设计风速的地区,通过优化设计找到风轮直径、额定功率和塔架高度三者的最佳组合,从空间和时间上提高对风能的整体利用效率,将有效降低风电的波动性,增加发电量,电网也更易于对其接纳。

  在海上风电场,塔架运输没有陆上那种针对尺寸的限制,就可以自由选择大直径的钢管塔筒,所以,对海上风电而言,钢塔架仍旧是一个合适的选择。不过,由于混凝土塔架抗腐蚀能力强,比钢塔更适合盐水环境,因此,混合塔架也适用于海边的风电场。

  国际应用成熟  国内尚起步

  中国能源报:混合塔架技术在国外的应用情况是怎样的?

  奥云:这项技术在欧洲已经应用于不同类型的风机及不同的自然环境。世界著名的风机制造商,如西门子、GE、歌美飒、安迅能、苏司兰等都已应用我们的混合塔架技术。在巴西、墨西哥、印度以及美国、德国、西班牙等国建造实例已超过1500台,最高能建到160米,已经属于成熟技术。其中有很多是全预制混凝土塔架,也有很多是上钢下混(混凝土段高50-100米)的混合塔架。近期建造的塔架多在90-150米之间。

  MECAL公司在德国风机试验场的混合塔架样机已安全运行7年,年利用小时数达到3300小时。根据第三方测试的数据,与90米高的全钢标准塔架相比,发电量提高了28%。

  MECAL公司多年前第一个把雨流计数方法结合了有限元算引进到风机设计,当时我们和认证公司一起开发了新的适合于风机设计的计算方法。在混合塔架的认证上,我们又一次和DNV-GL公司,TüV公司一起开发了新的计算方法。我们采用了德国DIBt建筑标准,并符合风机设计的IEC-61400要求。在中国市场,我们也准备和中国的认证公司进行合作。

  中国能源报:在中国的应用案例中,遇到了哪些实际问题?

  奥云:混合塔架技术在国外已经应用成熟,国内风电近年来高速发展,主要集中于高风速地区,使用常规低塔架已经满足需求,因此国内仍缺乏成熟的混合塔架应用案例。国内风电运营商对于混合塔架的技术可靠性、服务能力、尤其是提高发电量以弥补塔架成本的增加方面,还有疑虑。目前国内不少高层技术人员已经认识到了混合塔架技术的成熟性,需要进一步开展商务合作。

  MECAL公司花费了10年的时间研制开发了混合塔架技术,可以大幅度提高发电量,我们希望此项技术在中国被广泛使用,造福中国的风能事业。MECAL(北京)工程技术有限公司是专门针对中国市场成立的,有MECAL公司经验丰富的技术队伍做支持,有专业人员进行现场技术指导和售后服务,能够保证混合塔架这项新技术在中国的顺利实施。混合塔架技术是一项专利技术,在中国开始推广以来,我们已经发现有专利侵权的问题,对此我们有一些忧虑。

  预制方式更能保证质量稳定性

  中国能源报:您此前提到混合塔架技术的优势,业内也很关心,混合塔架与传统钢塔架相比,是否也有自己的劣势?

  奥云:对于混合塔架来说,现场安装时间比传统钢塔长一些。由于高度增加,当机舱或轮毂需要大修时,需要更大的吊车,吊装成本也会高一些。

  此外,由于该技术在中国的应用比较新,暂时还不能直接购买混合塔架成品。不过在中国高铁/铁路等的施工中很多地方有遗留的混凝土预制板制造、搅拌场地,可以考虑租用这样的场地进行现场制造,从而可以节约大量的运输成本,实现本地制造。

  中国能源报:目前,国内如金风科技等企业也在推混合塔架技术,MECAL公司的混合塔架技术与其他公司相比,有何不同?

  奥云:我们通过相关报道了解到金风科技已经研制了混合塔架技术,这也表明国内业界对这一新技术方案开始认同。

  MECAL公司活跃于国际风能行业近30年,在风机整机设计、部件和控制系统设计、分析以及撰写认证报告和现场测量等方面具有丰富的专业经验,MECAL公司的混合塔架技术多年来也形成了自己独特的品质。

  我们用于混合塔架的原材料是混凝土,很多人认为这是一种建筑。但是,常规建筑物建造质量的标准不适用于风电的混合塔架。混合塔架需要承受长期动态载荷,应该由质量完全可控、可重复的工业流程生产,因而需要通过稳定的高质量预制部件方式来实现,以应对风机生命周期内的高动态载荷,为此,我们采用预制部件而不是现场浇筑的方式,以保证质量的稳定性,从而能够完全满足风机20-25年设计寿命的需要。由于在室内制造产品,不受日照以及任何天气因素的影响,也能更好控制工期。另外,如果设计一座锥形混凝土塔筒,那么从上到下所有钢筋的弯曲度都将不同,生产过程复杂,质量控制难。而我们在中国推广的方圆形混凝土塔段,其弧面板材弯曲半径全部一致,所有钢筋形状一样,这样使生产更简便、质量把控得到保证。此外,我们采用低压模具制作板材,这种减压成型能够提高寿命和精准度。所有的接口由其形状和所处模具的位置决定,这大大提高了产品的尺寸精度。

 

  

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