技术为王 | 从70m到185m 风电高塔筒逐鹿未来！

风电平价时代洪流下，既要发电量，又要便宜，更重要是还需确保可靠性。

为追求更低的成本，传统的低风速风机已不能满足平价要求，更长叶轮直径、更高轮毂高度、更大功率风机成为降本增效，提高竞争力的主要应对方式。

但叶片加长也有一定的限度，为此业内开始想办法通过加高塔架来提高风机利用小时数。一般认为，塔筒高度超过100m，即被称为高塔筒。

我国中东部和平原地区风速低，风资源较差，但风切变相对较大，塔筒高度的提升，能显著提高发电量增加风场效益。随着塔筒攀高，风电高塔技术也随之不断突破。

柔塔、混塔&桁架塔技术大比拼

风机大型化是大势所趋，与之相对应的是塔筒高度的提升，传统刚性塔架重量指数也呈直线上升。90米高的传统塔架一般重约200余吨，120米高则已接近600吨...出于轻量化、钢价等考量，全钢柔塔、混塔、桁架塔应势而生，赢得了一席之地并被市场认可。

全钢柔塔：塔筒重量明显降低，经济性提高，但存在一定技术风险点。柔塔在叶轮转速到某一个点上会产生共振，容易导致“塔筒共振”和“涡激振动”；塔筒高度增加带来摆幅增大，影响机组稳定运行。

高度在120米及以上的钢制塔筒，已多数采用柔塔，而其材料、工艺、运输、吊装和传统刚性塔架并无实质区别，所以，相比于钢混塔筒、桁架式塔筒，柔塔的供应链完整。

柔塔的“柔”，与叶轮额定转速有关，叶轮额定转速下的1阶频率称为1p，3阶频率成为3p；当塔架自身的频率在叶轮1阶频率以上的，是传统塔架，1p以下的，是柔塔。

坎贝尔图-柔塔频率示意图 来源：网络

2015年1月7日，国内第一台安装柔塔的金风科技样机吊装；2021年12月，中国风电柔塔刷新纪录，跨入165米+新时代，成为亚洲第一高柔塔。

钢混塔：一般指钢材和混凝土共同构成的塔架，其下部是混凝土段，上部是钢塔段，包括全混和半混。整体结构刚度大，可靠性更强，有现场浇筑、现场工厂整环预制、集中工厂分片预制3种方案。

对于160m级别以上超高风机，全钢柔塔技术方案存在太大不确定性，同时，钢材等原材料成本上升，混塔技术成为提升风机高度与保障机组可靠性运行的另一选择。

2018年10月25日，我国首个采用140m钢混塔的风电场实现全场并网。此后，160m、165m、166m风电钢混塔风机相继吊装，整机商自主研发技术取得里程碑式的突破。

据了解，当前全球最高陆上风电机组达230m，就采用了上部钢结构，下部混凝土的混塔技术方案。

桁架塔：此种塔架结构大大节省用钢量，并且可以在多种场景下应用，经济性和稳定性较好。但相比传统塔架，螺栓用量极多，安装紧固和运维工作量等较大，且存在一定风险。

2020年9月，160m预应力构架式钢管塔的风机在山东鄄城并网，一举刷新当时我国风电机组高度记录；2021年10月，全球首座170m超高桁架式塔架风电机组于山东项目吊装。

百花齐放 超高风机不止于“高”

业内分析表示，未来3年的市场商机，风切变大于0.2的容量超过3100万千瓦，占总商机容量的22%；风切变大于0.16的容量超过4300万千瓦，占总商机容量的30%。

2015年前，70m级叶轮直径的风机塔筒高度在70-80m，CWEA数据显示，2018年，风电机组平均高度为91m，最高风机达140m；2019年，风电机组平均高度为96m，同步往年增加5m，最高风机达147m，同步往年增加7m。到2021年，国内的塔筒高度普遍超过140m。

据北极星了解，目前最高为金风科技发布的Double 185高塔（包含185米钢混塔架和185米钢制柔塔），产品基于钢塔，对行业未来资源开发范围给与了延伸。

国内高塔筒技术虽起步较晚，但目前已然成熟，“柔塔”占绝对优势，钢混塔其次。

但随着塔筒不断升高，质量和成本控制难度加大，对控制技术、制造运输等多方面核心技术都带来新的挑战。为攻坚克难，斜拉索式、分片式塔筒、自提升技术、3D打印、木质塔筒等新技术也在不断突破。

图片来源“中国海装”

作为国内首个“分片式”风电钢混塔筒批量项目，江苏国源宝应巳丰项目采用30台中国海装H136-2.2MW机组，搭配140m分片式钢混塔筒。

风电高塔技术，能显著提高经济效益毋庸置疑，但这绝非只是靠一个简单的“高”字，而是涉及到机组控制策略、运输、安装、施工等一系列技术问题的整体工程解决方案。

市场决定技术，展望未来，高塔技术将会催生新的技术变革。除风电钢柔塔、混塔、桁架塔之外，不同结构形式的高塔架百花齐放，成为市场上重要的技术补充形式。