新能源风电行业钢混合塔筒发展的前景探讨

新能源风电行业钢混合塔筒发展的前景探讨

冯亮

西北水利水电工程有限责任公司  陕西西安 710100

摘要：在国家碳达峰碳中和政策  背景下目前我国风电步入稳定增长阶段，随着抢装潮的结束平价时代的到来，单机容量越来越大，塔架高度越来越高，成为近年来风电行业一大趋势，在发电量提升越来越向精细化发展的背景下，纯钢塔已无法满足行业需求，增加风机塔架高度，被认为是低风速区提升发电量的一种直接有效手段，混合塔筒技术成为了市场的主流选择。

引言：

“能源安全事关经济社会发展全局”“应对这些挑战，出路就是大力发展新能源”。推动新能源高质量发展，加快能源结构转型，是保障国家能源安全的迫切需要。能源的饭碗必须端在自己手里。“我们要顺势而为、乘势而上，以更大力度推动我国新能源高质量发展，为中国式现代化建设提供安全可靠的能源保障，为共建清洁美丽的世界作出更大贡献。”

钢混合塔筒行业发展的背景及重要性：

普通柔性钢塔，适用范围120-140米，频率低，振幅大，控制系统要求高，发电量低，摆动较大，安全隐患大，钢塔运输对道路要求较高。其他塔架（桁架塔架、大直径分片式钢塔）具有占地面积大，螺栓多维护难度大，施工复杂，吊装慢；加工难度大，现场组装要求高，节点多维护成本高等不同的劣势。

全混塔架，全部采用混凝土塔筒，适用范围90-160米，施工工艺复杂，过程控制难度大，吊装要求高，塔架整体重量大，吊装周期长，基础施工难度大

综合风电行业各种塔筒形式比较，钢混合塔筒结合了各种塔架的优点，具有良好的经济性、优越的适用性和出色的稳定性，目前已成为国内外大叶轮机组和高轮毂塔架的主流塔架产品之一，同时也是应对风电行业快速发展的精良“武器”。钢混合塔筒下部采用混凝土塔筒上部采用钢塔筒，适用范围90-160米，具有适用范围广，吊装工期能保证，无发电量损失，控制系统要求低，运维成本低，征地面积小，在山区施工混塔管片运输对道路要求较低，混塔塔架刚度大，安全系数高等优势。

风电塔筒使用场景

钢塔筒（柔性塔），技术成熟，工厂制造，质量可靠，现场快速安装；单节钢塔筒较长，高塔直径较大，运输较为困难；塔身频率低，受力能力较弱，适合于低风塔，对于高风塔需加阻尼器；低风速120m以下风塔应用较多；钢质塔筒维护要求较高，运行成本较高。

钢混合塔筒，构件工厂化生产，质量可靠，运至现场后进行吊装施工，近几年发展主流；

采用分片式设计，有利于运输，施工场地快速拼装；塔身刚度大，频率高，受力性能好，顶部水平位移小，风机运行效率高；120m以上大功率风机具有明显优势，造价成本相当，发电效能提高10～30%，是目前风塔发展主流；混凝土材料几乎不用维护，体外预应力受力性能稳定。

国内钢混合塔筒与钢（柔）塔的对比

（1）运输更便捷

混凝土塔架以可进行管片分片预制，不受运输条件限制、原材料成本低、结构性能优异等，顺应了低风速区域风电发展的特点，逐渐被行业重视。全预应力混凝土塔架无紧固件连接，无需定期检修维护，大大降低运维成本。

（2）成本更节约

受到进口铁矿石及国内限产环保政策影响，钢材价格逐步放涨，钢塔筒价格随之水涨船高，塔筒涨价无疑将加大业主的投资成本。对比而言混塔用钢量少，且商品混凝土价格及相关配料价格涨幅相对不大，钢筋价格和预应力索价格虽有升高，但其成本所占混塔成本比例较低，混塔终端售价仅小幅上涨。H140混塔价格约350万元(按4MW标准载荷计算,)，H160混塔总成本约420万元；H140全钢柔塔总成本约410万元，目前市面H160钢管筒柔塔相对较少。H140单套采用混塔比柔塔节省约60万元，单套塔筒成本低10%；(以上价格仅供参考，具体价格根据项目具体载荷为准)，在机组持续大型化、长叶片进程中，随着载荷进一步加大，混塔的成本优势将进一步显现。

（3）结构更安全

塔一阶固有频率低于风机叶轮额定转速频率，从叶轮启转到叶轮达到额定转速期间，塔架会在叶轮某个转速点上与叶轮发生共振，为了穿越共振点，减少摆动，需对机组的控制策略进行优化，关乎到机组的可靠性。混凝土塔具备传统钢塔的结构特征，采用刚性设计，一阶固有频率高于机组额定转频，避免机组运行过程中产生共振。

（4）发电量更高

全预应力混凝土塔架相比柔性钢塔，整体结构刚度大，阻尼系数大，使得机组在安装以及全寿命运行周期内，机组振幅小，可保障叶轮系统迎风角度稳定，发电量更稳定。

钢混合塔筒组成

钢混合塔筒下部由混塔管片组成，混塔管片由预制场统一预制生产，以钢筋、混凝土为主要原材料在工厂或现场预先生产制作完成，是塔架环段的基本单元，简称“预制管片”或“管片”。塔架段是由多个预制管片拼装组合而成，是混凝土塔架的基本单元。混凝土塔段最上端采用一个整环，混凝土塔段与钢塔采钢混塔转换段连接，转换段以上部分采用钢塔，以上部分与柔性钢塔施工相同。混凝土环片与环片之间采用、环氧树脂胶，防水密封条、弧形螺栓等连接，混凝土塔段部分采用体外预应力将混凝土塔段连接成一个整体。钢混合塔筒的混凝土塔筒和钢塔部分高度，由不同的生产厂家根据自身的技术、成本、现有设备以及技术要求综合考虑设计。

钢混合塔筒在国内外混塔现状

风电混塔技术起源于欧洲，全球首台风电混塔于1978年在丹麦TVIND学校正式运转。国外风力发电在本世纪初进入发展的高峰期，随着风机技术的发展，风机功率越来越大、叶片越来越长，风电混合塔筒技术的研发和应用也进入的市场的高峰期，目前在欧洲已有上万台装机业绩。

与此同时，国内的风电企业也陆续的学习和引进国外技术进行开发和应用。早期技术以整环预制结合现场湿作业连接、体内预应力技术为主，施工速度慢，成本高于传统的钢塔筒，加上我国的风电技术发展落后于国外，前期混合塔筒技术并没有大面积的市场应用。

历经十余年的研发探索，近年，中国风机与塔筒厂商陆续加速布局混塔市场，力求在目前的成本压力下找到高塔筒的降本渠道。国内前十大整机商均已储备混塔技术，大部分已有样机或量产业绩。

金风科技旗下的天杉高科是国内最早对钢混结构的混塔进行技术储备的厂商，已储备185米混塔技术。除此之外，华东院、明阳智能、运达股份、中国海装、电气风电等均具备混塔技术，其中，明阳智能已成功吊装170米超高混塔风机。

目前，国际混塔设计最高高度为199米，新建混塔高度普遍为140至160米之间，超过170米的混塔项目主要为各厂家的标杆或实验项目。

钢混合塔筒的运用

目前风电行业钢混合塔筒发展初步成型，已在国内多个低风速区域范围内开始应用。混塔生产采用国际最先进的环片免灌浆干连接技术，混塔预制件采用高精度、高质量钢模进行卧式成型工艺方法，以达到设计要求的高精度和高质量，最终实现混塔环片免灌浆干连接。有效解决了陆上风电混塔预制精度要求高、运输限高限宽、吊装时间过长、渗水严重等技术难题，实现了免灌浆干式连接分片预制装配式混塔的国产化和规模化应用，极大推动了国内混塔领域的技术性变革，引领行业发展方向，达到同行业领先水平。

结束语：

现国内风资源相对好的地理位置已被柔性钢塔占据，后续风电发展只能往更高的塔架发展，钢混合塔筒将成为低风速地区的优选解决方案，同时钢混合塔筒结构成本相对较低，为业主带去更高、更经济、更安全、更稳定的发电收益，将大面积在风电行业发展应用。面对“30·60”目标，基建企业也在积极拓展布局新能源产业，钢混合塔筒将迎来合作共赢之局面。近年来，混塔的批量化装机，推动了国内吊装技术的不断提升，吊装工艺逐渐完善，吊装成本大幅下降。产学研深度融合的背景下，国内高校科研机构等与各主机商也在积极推动混塔的技术革新。我国风电光伏产业已实现由“跟跑”“并跑”向“领跑”的巨大跨越。从产业链来看，我国新能源居全球领导地位。从技术来看，我国也保持着较大的国际竞争优势。钢混合塔筒塔架结构的运用，将推动新能源高质量发展，加快能源结构转型，还需要深化新能源科技创新国际合作——有序推进新能源产业链合作，构建能源绿色低碳转型共赢新模式。

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