为助力风电行业转型发展，许继集团有限公司针对我国东部地区风力资源普遍存在的“低风速、高切变”等特点，设计生产超高风电机组。
6月14日，在国家电投鲁阳风电场，许继集团有限公司生产的XW3600/155风电机组正在偏航驱动的牵引下缓缓旋转，寻找最佳迎风角度。该机组投运半年来，实现零故障稳定运行。
“这台风电机组的轮毂高达170米，整机长度比一列复兴号标准高铁车组还要再长一节车厢。它刷新了全球最高的风力发电机组纪录。”许继集团所属许继风电科技公司总工程师程林志介绍说。
在助推新能源发展的道路上，许继集团聚焦低风速地区风电发展，设计超高风电机组，创新应用混塔技术，持续为风电行业发展作贡献。
设计超高风机助力风电行业发展
我国风资源开发多是优先摘取“低垂的果实”，即重点开发新疆、内蒙古等地丰富的高风速风资源。而河南、浙江、山东等地区不易开发的低风速风资源如同“高枝的果实”。
我国碳达峰、碳中和目标提出后，能源清洁低碳发展步伐加快。随着人们对风资源特性的认知层层深入，全国风资源可开发利用潜力不断升级。“我国的低风速风资源其实是非常丰富的，覆盖了全国总面积的68%。而高塔可以说是解决低风速风资源开发问题的关键技术。目前中东部平原风电场对此类风电机组的需求非常大。”程林志说。
超高风电机组就像是摘取“高枝果实”的梯子，有助于挖掘巨大的风电开发空间。而同时，风电行业发展进入摆脱补贴依赖的阶段。要降低成本，最直接的就是在效率上下功夫，即在同等资源条件下提升风机效率和出力。面对这样的机遇和挑战，许继集团提前部署，开展高塔机型的研究。
“客观来讲，风速是受地理环境因素影响的。山区风切变低，平原相对较高，就是因为日落后地表迅速降温，大气变为上暖下冷的状态。气流主要是水平运动，因此会出现上层风速大、下层风速小的现象。”高塔机型项目负责人李成晨解释道，“在山区，山体阻挡了气流运动，本来平稳的气流被扰动，上下层间的风速差距减小了。因此，较高的风切变一般出现在平原地区，风速会随着塔架高度提升，风机可利用小时数也会增加。此外，高空湍流小，叶片受力相对均匀，也有利于延长机组寿命。”
风电机组重达百吨，要想在高空稳定运行，全靠塔筒支撑。传统的钢塔筒约占风电机组整体成本的大约两成，其高度超过100米后，重量会以指数级增加，且很难规避共振问题。这就要求塔筒设计选型必须具备高强度和低成本两项特征。
经过对多类塔筒的制造周期、工艺标准、避震性能、共振频率、结构刚度等数据的综合考量，许继集团最终选择了更加安全、可靠、经济的混塔技术来为首台170米风力发电机组筑牢根基。
应用混塔技术适应低风速电场需求
2020年12月，鲁阳风电场170米超高机组塔架搭建完成。塔架上部采用传统的钢塔筒结构，下部是三节层层嵌套的多边形混凝土结构。吊装时，风轮中心高度为84米，无需大型起重机械即可完成吊装。机组吊装完成后，工作人员采用自提升装置，将下部类似“鱼竿”的混凝土结构一节一节地抽出，最终实现轮毂中心高度达到170米。
鲁阳风电场是世界首例170米陆上现场浇筑施工的自提升式超高混塔项目。项目技术难度大、工艺复杂、生产精度高，很多生产模具都是第一次应用到风电塔筒建造中。“大到钢材，小到螺栓，每一个零部件都需要极高的生产装配精度。整个作业过程犹如‘钢筋绣花’。”李成晨说，“堆砌的时候，底层若有一丝误差，高空就会出现难以估量的问题。”
项目现场全员轮流值班，确保24小时不间断施工。为保证夜间浇筑顺利完成，工作人员常常通宵跟踪混凝土浇筑。终于，鲁阳风电场项目于2020年12月23日成功并网。
混塔风电机组可以就地安装，倒运便捷，超过140米后的成本优势明显，且应用了自提升技术，无需额外租用大吨位吊车吊装，从而节约了施工成本。另外，塔筒无需维护、塔顶振幅小的特点，让调试及维护效率得到提升。
相较于常规机组，混塔风电机组的发电量优势更加明显。根据现场的运行数据测算，170米风力发电机组相比同地区常见的100米风力发电机组，平均发电量提升最高可达20%。即使是在同一个风场，170米机组较140米机组的发电量也有显著提升。鲁阳风电场140米高度风速5.16米/秒，170米高度风速5.45米/秒，相同的机组等效利用小时数增加了200小时，度电成本进一步下降。
推广高塔风机持续助力碳减排
当前，整个行业对风机效率、性能和全生命周期度电成本提出了更高的要求，更大容量、更大叶轮、更高塔筒将成为陆上风机发展的方向。
许继集团正着手研发风轮直径160～180米的大容量系列机组，以度电成本最低为目标，持续降低建设成本；开展风电源网协调技术研究，以适应新能源为主体的新型电力系统。在高塔方面，该集团将200米及更高塔筒作为发展方向，开启了前瞻性研究。
在张北国家风光储输示范工程中，许继集团就实现了自动调频调压技术、风电机组有功无功的在线可调技术、130%过电压穿越（HVRT）、虚拟同步技术的研发应用。这些技术为新能源的友好并网铺平了道路。许继集团为河南封丘荆隆宫风电场提供了19台叶轮直径为131/146米的风力发电机组，并引入了轮毂中心高度140米的超高混塔风电机组，拉开了高塔风机推广和应用的大幕。
截至2020年年底，许继集团已在河南、河北、山西、内蒙古、青海、新疆、云南、辽宁等多个省份投运风电机组近1500余台。这些风电机组平均每年发电60亿千瓦时，可供约300万户家庭全年用电，相当于中和了200万辆燃油汽车全年的碳排放。
许继集团将继续发挥优势，深挖潜能，加强技术研发，为我国中东部低风速区域的风电场发电机组选型提供更优质的解决方案。
（许继集团供图）
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