近日，金風科技子公司北京天杉高科風電科技有限責任公司董事長兼總經理趙祥接受《風能》雜志專訪，探討鋼混塔技術能為風電行業發展帶來哪些新可能，并向讀者呈現金風科技的鋼混塔技術應用實踐。

2024年3月，秦皇島金風撫寧區10萬千瓦風電項目開工。這個共安裝18臺機組的風電項目，因成為全球首個185米鋼混塔批量項目而受到關注。其實早在2023年9月，185米鋼混塔樣機就已在三峽安徽阜陽項目投運并展開測試，“無論是仿真與測試的一致性，還是功率特性、噪音，乃至從葉片到傳動系統直至塔架的振動頻率，都達到了設計預期。”金風科技子公司北京天杉高科風電科技有限責任公司董事長兼總經理趙祥告訴《風能》。

近年來，我國風電高塔架技術進步顯著，鋼混塔架以其大容量機組高塔架的技術可實現性、更具經濟性的優勢得到了廣泛應用。遠景能源170米混塔在2023年實現批量交付；運達股份也于同年完成180米超高性能混凝土材料混塔吊裝，并在不久前實現全球首個180米超高混塔風電項目首批機組并網。它們與上述185米鋼混塔一起，為風電機組大型化發展和高切變地區風能資源開發，起到了積極推動作用。

安徽-全球最高185米鋼混塔樣機

向更高處要資源

利用鋼混塔將機艙與風輪托舉到更高的空中，對風電發展而言，有兩項意義最為重要：一方面，更高的塔架能支撐機組大型化發展。近些年，我國風電機組單機容量不斷增大，為提升大容量機組的發電能力，更長的葉片應運而生。目前，我國已下線的最長陸上風電與海上風電葉片分別達到131米和143米。如果塔架高度不足，葉片與地面就無法保持安全距離，極易給整機帶來安全隱患。因此，塔架高度在某種程度上是機組風輪直徑甚至單機容量實現進一步提升的瓶頸。

另一方面，更高的塔架能使機組捕獲到更多風能資源。例如，在我國風切變超過0.2的地區，開發企業會嘗試盡量采用高塔架獲取更多風能資源，以實現項目收益。而對于國際項目，發電量在項目測算中的敏感性更高，當風切變達到0.15及以上時，開發企業就已開始采用非常規塔架。國家氣候中心的評估結果顯示，我國100米高度陸上風能資源技術可開發量為86.94億千瓦，140米高度可達101.79億千瓦。由此可見，更高的塔架意味著機組能利用更多風能資源。

技術可開發量與經濟可開發量不同，前者是后者的前提，后者需要參考項目開發的經濟性進行評估。據趙祥介紹，如果以收益率6%作為一個項目可實現經濟開發來測算，從160米增加到185米，我國風電經濟可開發量能夠提升15%以上。

以上述185米鋼混塔樣機為例，該樣機能夠比160米塔架的機組增加0.2米/秒的風速，全年折算滿發小時數可增加150小時以上，發電量提高8.38%，全投資收益率提升0.5%，從而令低至4.6米/秒的風速區域同樣具備經濟可開發條件。

“也就是說，以前開發企業儲備的一些風能資源不太好的區域，通過更高的塔架將可以達到投資收益的要求。”趙祥表示，“我們測算發現，如果風切變超過0.17，采用185米的鋼混塔會比160米具有更好的投資收益率。”

因高塔可為開發企業帶來可衡量的經濟價值，185米鋼混塔在完成一系列測試工作后，得到了市場的回應。這是不折不扣地通過技術進步推動市場發展的一個案例。

“保守估計，今年185米鋼混塔裝機會達到200臺，共計100萬千瓦左右的裝機規模。”趙祥說，“不少開發企業提出需求，但我們需要結合區域產能布局，落實交付計劃。”

江蘇高郵-全國首個140米鋼混塔批量項目

高是手段，并非目的

塔架越高，重量越大。如果采用傳統鋼塔形式，其重量會隨著高度呈現指數級增長。因此，利用成本更低、易于模塊化的混凝土段，代替一部分鋼段，使風電機組在“提高發電量-控制成本-確保可靠性”這個三角關系中取得平衡，就成了鋼混塔參與市場的商業邏輯。

據了解，早在20世紀70年代歐洲就已出現了鋼混塔。1978年3月，全球首臺風電鋼混塔在丹麥TVIND學校正式運轉。這臺54米高的混凝土塔架上，安裝了風輪直徑為54米的風電機組，是迄今為止全球運行時間最長的風電機組之一。

不同于風電機組技術進步走的是引進、消化、吸收、再創新，我國鋼混塔的研制從開始即以自主研發為主。2011年，金風科技決定自主研發鋼混塔，并在“863計劃”中將其立項為低風速風電機組核心技術。2013年，該公司完成了國內首臺現澆式鋼混塔的樣機吊裝與并網，掌握了鋼混塔架載荷-結構一體化設計方法。2015年，國內第一臺體外預應力預制裝配式鋼混塔架樣機完成安裝，我國逐步實現鋼混塔的批量化與產業化發展。

新疆達坂城-全國首臺鋼混塔架樣機

雖然鋼混塔技術正活躍于市場，但難以避免遇到發展瓶頸。更高，已不是其下一步發展的重點。

“目前的185米，是我們綜合客戶和市場需求、上網電價、電力市場交易、施工能力等各方面因素，詳細論證后得出的最優高度。”趙祥表示，“雖然從技術層面來說，做到260米都沒問題，但從目前行業發展情況來看，我認為到200米以上鋼混塔的發展就不再以更高為主要目標。”

這樣的判斷基于幾個因素：一是未來機組大型化將有所放緩，導致對塔架高度的需求降低。二是企業對高空風特性的研究仍有待加強，“我們曾用激光雷達做了幾個項目400米的風特性，但表現出的特性也好，研究的項目數量也好，還有更長的路要走，需要更大的投入”。三是鋼混塔為裝配式結構，吊裝時不需要太大噸位的吊機，但塔架更高后會存在機艙吊機不夠經濟的問題。四是雖然塔架升高后電量將有所增加，但由于電力交易與限電存在不確定性，項目發電量與項目發電收益并不完全等同，而為提升塔架高度進行的投入卻又相對固定，這在一定程度上影響了開發企業的投資決策。

“因此，塔架有進一步升高的市場動力，但不會像過去幾年發展那么快，需要結合市場熱點區域、機型發展和技術進步，動態進行評估。當然結合風能資源特性的深入研究和更高塔架的研究，是有價值的。”趙祥判斷。

山西夏縣-全國首臺100米預制裝配式鋼混塔架樣機

更可靠，更高效

產品的開發與解決方案的制定，需要圍繞市場需求進行，鋼混塔同樣如此。“今天我推出個185米產品，明天他開發個190米產品，這不是工業產品的本質。其本質是給客戶創造價值，這也與我們所秉承的‘客戶導向’一脈相承。對于鋼混塔而言，目前客戶的主要關注點是安全性和可靠性問題。”趙祥認為。

看似是混凝土結構，但鋼混塔的技術要求并不低，不能僅從現場工程的角度去看待這一技術含量和精細化程度較高的設備產品。設計制造鋼混塔，需要對風能資源、載荷控制、材料選擇、強度設計、結構設計及工藝匹配具有把控能力。金風科技采用了“整機-塔架-基礎一體化”設計理念，在機組設計開發時將鋼混塔架模型同步迭代解耦，最終實現整機與鋼混塔架協同、混凝土塔筒與鋼塔筒比例最優方案。

此外，在鋼混塔的生產和現場施工過程中，企業必須做好細節管理。預制構件、預應力索、水平縫等環節的施工安裝水平或經驗若存在不足，都將導致嚴重問題。而鋼混塔一旦出現問題，就需要付出極大的彌補成本。

在趙祥看來，如果裝機規模為10萬千瓦的項目有一個鋼混塔出現質量問題，直接和間接經濟損失可達2.7億元。“因為只要一個塔架出現問題，就代表著整個項目在技術和管理過程中大概率存在普遍性問題，那么20臺機組的塔架都需要更換，這將產生塔架拆除與安裝費用，同時還會因長期停機導致發電量損失。”

據趙祥介紹，為避免上述情況發生，天杉高科采取屬地化預制場布局，通過集中生產、精益化管理等措施，打造規模化且因地制宜的生產能力，以及全天候、全季節無間斷的交付能力，在滿足生產進度的同時，保證混凝土塔筒構件高精度高質量的要求。

山東濟南-全球首臺混柔塔樣機

目前鋼混塔的招標與交付模式多樣，有的將主機與鋼混塔分開招標，有的對主機與塔架進行打捆招標，再由整機商采用自研代工或全部委外的方式交付鋼混塔。但無論是哪種模式，鋼混塔與主機的設計必須匹配到位，同時對其生產交付的全過程管理必須按照產品的理念嚴格執行，而非建筑工程。

“因此，我們在設計一款新產品時，會結合自身和其他行業伙伴，進行動力學和載荷特性研究。在進行具體的項目規劃時，會結合項目運輸條件，整機對塔架設計要求，實現鋼混塔架定制化解決方案的設計。”趙祥表示。

此外，趙祥建議開發企業在選擇鋼混塔產品時，多關注相關企業的全產業鏈把控能力，甚至是生產制造單位的經驗，乃至后期定檢服務能力同樣不可忽視。

除安全可靠外，鋼混塔的未來主要發展方向還包括如何進一步提升安裝效率。目前，鋼混塔安裝效率參差不齊，最快的可以在4天吊裝1臺，最慢的安裝過程可能超過2周。這與普通塔架最快1天吊裝1臺的速度相比，還有很大的優化空間。

內蒙古包頭達茂旗-沙戈荒地區105米鋼混塔批量項目

“塔架分段和分片之間除了預應力系統固定外，還需要填充連接，否則兩者間會產生應力，出現應力集中導致缺陷產生。”趙祥向《風能》介紹了鋼混塔干式連接的原理與效率，“目前，我們通過環氧基或水泥基做填充材料，能夠有效提升粘接速度，1個小時內就可以進行下一道工序，且1個小時覆蓋了拆裝工裝所需要的時間，做到即拼即吊。”

天杉高科的團隊正研究如何提高鋼混塔在北方地區冬季安裝的效率，同時在開發能夠進一步減少鋼混塔施工工序的技術。“今年年底，應該會有一些成果。”趙祥表示。

來源：《風能》雜志