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許繼集團(tuán):風(fēng)機(jī)的攀高之旅

國家電網(wǎng)報(bào)發(fā)布時間:2021-06-22 23:15:40  作者:羅蕊 王豐 李永帥

  為助力風(fēng)電行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展,許繼集團(tuán)有限公司針對我國東部地區(qū)風(fēng)力資源普遍存在的“低風(fēng)速、高切變”等特點(diǎn),設(shè)計(jì)生產(chǎn)超高風(fēng)電機(jī)組。

  6月14日,在國家電投魯陽風(fēng)電場,許繼集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的XW3600/155風(fēng)電機(jī)組正在偏航驅(qū)動的牽引下緩緩旋轉(zhuǎn),尋找最佳迎風(fēng)角度。該機(jī)組投運(yùn)半年來,實(shí)現(xiàn)零故障穩(wěn)定運(yùn)行。

  “這臺風(fēng)電機(jī)組的輪轂高達(dá)170米,整機(jī)長度比一列復(fù)興號標(biāo)準(zhǔn)高鐵車組還要再長一節(jié)車廂。它刷新了全球最高的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組紀(jì)錄。”許繼集團(tuán)所屬許繼風(fēng)電科技公司總工程師程林志介紹說。

  在助推新能源發(fā)展的道路上,許繼集團(tuán)聚焦低風(fēng)速地區(qū)風(fēng)電發(fā)展,設(shè)計(jì)超高風(fēng)電機(jī)組,創(chuàng)新應(yīng)用混塔技術(shù),持續(xù)為風(fēng)電行業(yè)發(fā)展作貢獻(xiàn)。

  設(shè)計(jì)超高風(fēng)機(jī)助力風(fēng)電行業(yè)發(fā)展

  我國風(fēng)資源開發(fā)多是優(yōu)先摘取“低垂的果實(shí)”,即重點(diǎn)開發(fā)新疆、內(nèi)蒙古等地豐富的高風(fēng)速風(fēng)資源。而河南、浙江、山東等地區(qū)不易開發(fā)的低風(fēng)速風(fēng)資源如同“高枝的果實(shí)”。

  我國碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)提出后,能源清潔低碳發(fā)展步伐加快。隨著人們對風(fēng)資源特性的認(rèn)知層層深入,全國風(fēng)資源可開發(fā)利用潛力不斷升級。“我國的低風(fēng)速風(fēng)資源其實(shí)是非常豐富的,覆蓋了全國總面積的68%。而高塔可以說是解決低風(fēng)速風(fēng)資源開發(fā)問題的關(guān)鍵技術(shù)。目前中東部平原風(fēng)電場對此類風(fēng)電機(jī)組的需求非常大。”程林志說。

  超高風(fēng)電機(jī)組就像是摘取“高枝果實(shí)”的梯子,有助于挖掘巨大的風(fēng)電開發(fā)空間。而同時,風(fēng)電行業(yè)發(fā)展進(jìn)入擺脫補(bǔ)貼依賴的階段。要降低成本,最直接的就是在效率上下功夫,即在同等資源條件下提升風(fēng)機(jī)效率和出力。面對這樣的機(jī)遇和挑戰(zhàn),許繼集團(tuán)提前部署,開展高塔機(jī)型的研究。

  “客觀來講,風(fēng)速是受地理環(huán)境因素影響的。山區(qū)風(fēng)切變低,平原相對較高,就是因?yàn)槿章浜蟮乇硌杆俳禍?,大氣變?yōu)樯吓吕涞臓顟B(tài)。氣流主要是水平運(yùn)動,因此會出現(xiàn)上層風(fēng)速大、下層風(fēng)速小的現(xiàn)象。”高塔機(jī)型項(xiàng)目負(fù)責(zé)人李成晨解釋道,“在山區(qū),山體阻擋了氣流運(yùn)動,本來平穩(wěn)的氣流被擾動,上下層間的風(fēng)速差距減小了。因此,較高的風(fēng)切變一般出現(xiàn)在平原地區(qū),風(fēng)速會隨著塔架高度提升,風(fēng)機(jī)可利用小時數(shù)也會增加。此外,高空湍流小,葉片受力相對均勻,也有利于延長機(jī)組壽命。”

  風(fēng)電機(jī)組重達(dá)百噸,要想在高空穩(wěn)定運(yùn)行,全靠塔筒支撐。傳統(tǒng)的鋼塔筒約占風(fēng)電機(jī)組整體成本的大約兩成,其高度超過100米后,重量會以指數(shù)級增加,且很難規(guī)避共振問題。這就要求塔筒設(shè)計(jì)選型必須具備高強(qiáng)度和低成本兩項(xiàng)特征。

  經(jīng)過對多類塔筒的制造周期、工藝標(biāo)準(zhǔn)、避震性能、共振頻率、結(jié)構(gòu)剛度等數(shù)據(jù)的綜合考量,許繼集團(tuán)最終選擇了更加安全、可靠、經(jīng)濟(jì)的混塔技術(shù)來為首臺170米風(fēng)力發(fā)電機(jī)組筑牢根基。

  應(yīng)用混塔技術(shù)適應(yīng)低風(fēng)速電場需求

  2020年12月,魯陽風(fēng)電場170米超高機(jī)組塔架搭建完成。塔架上部采用傳統(tǒng)的鋼塔筒結(jié)構(gòu),下部是三節(jié)層層嵌套的多邊形混凝土結(jié)構(gòu)。吊裝時,風(fēng)輪中心高度為84米,無需大型起重機(jī)械即可完成吊裝。機(jī)組吊裝完成后,工作人員采用自提升裝置,將下部類似“魚竿”的混凝土結(jié)構(gòu)一節(jié)一節(jié)地抽出,最終實(shí)現(xiàn)輪轂中心高度達(dá)到170米。

  魯陽風(fēng)電場是世界首例170米陸上現(xiàn)場澆筑施工的自提升式超高混塔項(xiàng)目。項(xiàng)目技術(shù)難度大、工藝復(fù)雜、生產(chǎn)精度高,很多生產(chǎn)模具都是第一次應(yīng)用到風(fēng)電塔筒建造中。“大到鋼材,小到螺栓,每一個零部件都需要極高的生產(chǎn)裝配精度。整個作業(yè)過程猶如‘鋼筋繡花’。”李成晨說,“堆砌的時候,底層若有一絲誤差,高空就會出現(xiàn)難以估量的問題。”

  項(xiàng)目現(xiàn)場全員輪流值班,確保24小時不間斷施工。為保證夜間澆筑順利完成,工作人員常常通宵跟蹤混凝土澆筑。終于,魯陽風(fēng)電場項(xiàng)目于2020年12月23日成功并網(wǎng)。

  混塔風(fēng)電機(jī)組可以就地安裝,倒運(yùn)便捷,超過140米后的成本優(yōu)勢明顯,且應(yīng)用了自提升技術(shù),無需額外租用大噸位吊車吊裝,從而節(jié)約了施工成本。另外,塔筒無需維護(hù)、塔頂振幅小的特點(diǎn),讓調(diào)試及維護(hù)效率得到提升。

  相較于常規(guī)機(jī)組,混塔風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電量優(yōu)勢更加明顯。根據(jù)現(xiàn)場的運(yùn)行數(shù)據(jù)測算,170米風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相比同地區(qū)常見的100米風(fēng)力發(fā)電機(jī)組,平均發(fā)電量提升最高可達(dá)20%。即使是在同一個風(fēng)場,170米機(jī)組較140米機(jī)組的發(fā)電量也有顯著提升。魯陽風(fēng)電場140米高度風(fēng)速5.16米/秒,170米高度風(fēng)速5.45米/秒,相同的機(jī)組等效利用小時數(shù)增加了200小時,度電成本進(jìn)一步下降。

  推廣高塔風(fēng)機(jī)持續(xù)助力碳減排

  當(dāng)前,整個行業(yè)對風(fēng)機(jī)效率、性能和全生命周期度電成本提出了更高的要求,更大容量、更大葉輪、更高塔筒將成為陸上風(fēng)機(jī)發(fā)展的方向。

  許繼集團(tuán)正著手研發(fā)風(fēng)輪直徑160~180米的大容量系列機(jī)組,以度電成本最低為目標(biāo),持續(xù)降低建設(shè)成本;開展風(fēng)電源網(wǎng)協(xié)調(diào)技術(shù)研究,以適應(yīng)新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。在高塔方面,該集團(tuán)將200米及更高塔筒作為發(fā)展方向,開啟了前瞻性研究。

  在張北國家風(fēng)光儲輸示范工程中,許繼集團(tuán)就實(shí)現(xiàn)了自動調(diào)頻調(diào)壓技術(shù)、風(fēng)電機(jī)組有功無功的在線可調(diào)技術(shù)、130%過電壓穿越(HVRT)、虛擬同步技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用。這些技術(shù)為新能源的友好并網(wǎng)鋪平了道路。許繼集團(tuán)為河南封丘荊隆宮風(fēng)電場提供了19臺葉輪直徑為131/146米的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組,并引入了輪轂中心高度140米的超高混塔風(fēng)電機(jī)組,拉開了高塔風(fēng)機(jī)推廣和應(yīng)用的大幕。

  截至2020年年底,許繼集團(tuán)已在河南、河北、山西、內(nèi)蒙古、青海、新疆、云南、遼寧等多個省份投運(yùn)風(fēng)電機(jī)組近1500余臺。這些風(fēng)電機(jī)組平均每年發(fā)電60億千瓦時,可供約300萬戶家庭全年用電,相當(dāng)于中和了200萬輛燃油汽車全年的碳排放。

  許繼集團(tuán)將繼續(xù)發(fā)揮優(yōu)勢,深挖潛能,加強(qiáng)技術(shù)研發(fā),為我國中東部低風(fēng)速區(qū)域的風(fēng)電場發(fā)電機(jī)組選型提供更優(yōu)質(zhì)的解決方案。

 ?。ㄔS繼集團(tuán)供圖)

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