為助力風電行業轉型發展，許繼集團有限公司針對我國東部地區風力資源普遍存在的“低風速、高切變”等特點，設計生產超高風電機組。

　　6月14日，在國家電投魯陽風電場，許繼集團有限公司生產的XW3600/155風電機組正在偏航驅動的牽引下緩緩旋轉，尋找最佳迎風角度。該機組投運半年來，實現零故障穩定運行。

　　“這臺風電機組的輪轂高達170米，整機長度比一列復興號標準高鐵車組還要再長一節車廂。它刷新了全球最高的風力發電機組紀錄。”許繼集團所屬許繼風電科技公司總工程師程林志介紹說。

　　在助推新能源發展的道路上，許繼集團聚焦低風速地區風電發展，設計超高風電機組，創新應用混塔技術，持續為風電行業發展作貢獻。

　　設計超高風機助力風電行業發展

　　我國風資源開發多是優先摘取“低垂的果實”，即重點開發新疆、內蒙古等地豐富的高風速風資源。而河南、浙江、山東等地區不易開發的低風速風資源如同“高枝的果實”。

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

　　超高風電機組就像是摘取“高枝果實”的梯子，有助于挖掘巨大的風電開發空間。而同時，風電行業發展進入擺脫補貼依賴的階段。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機效率和出力。面對這樣的機遇和挑戰，許繼集團提前部署，開展高塔機型的研究。

　　“客觀來講，風速是受地理環境因素影響的。山區風切變低，平原相對較高，就是因為日落后地表迅速降溫，大氣變為上暖下冷的狀態。氣流主要是水平運動，因此會出現上層風速大、下層風速小的現象。”高塔機型項目負責人李成晨解釋道，“在山區，山體阻擋了氣流運動，本來平穩的氣流被擾動，上下層間的風速差距減小了。因此，較高的風切變一般出現在平原地區，風速會隨著塔架高度提升，風機可利用小時數也會增加。此外，高空湍流小，葉片受力相對均勻，也有利于延長機組壽命。”

　　風電機組重達百噸，要想在高空穩定運行，全靠塔筒支撐。傳統的鋼塔筒約占風電機組整體成本的大約兩成，其高度超過100米后，重量會以指數級增加，且很難規避共振問題。這就要求塔筒設計選型必須具備高強度和低成本兩項特征。

　　經過對多類塔筒的制造周期、工藝標準、避震性能、共振頻率、結構剛度等數據的綜合考量，許繼集團最終選擇了更加安全、可靠、經濟的混塔技術來為首臺170米風力發電機組筑牢根基。

　　應用混塔技術適應低風速電場需求

　　2020年12月，魯陽風電場170米超高機組塔架搭建完成。塔架上部采用傳統的鋼塔筒結構，下部是三節層層嵌套的多邊形混凝土結構。吊裝時，風輪中心高度為84米，無需大型起重機械即可完成吊裝。機組吊裝完成后，工作人員采用自提升裝置，將下部類似“魚竿”的混凝土結構一節一節地抽出，最終實現輪轂中心高度達到170米。

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

　　項目現場全員輪流值班，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，魯陽風電場項目于2020年12月23日成功并網。

　　混塔風電機組可以就地安裝，倒運便捷，超過140米后的成本優勢明顯，且應用了自提升技術，無需額外租用大噸位吊車吊裝，從而節約了施工成本。另外，塔筒無需維護、塔頂振幅小的特點，讓調試及維護效率得到提升。

　　相較于常規機組，混塔風電機組的發電量優勢更加明顯。根據現場的運行數據測算，170米風力發電機組相比同地區常見的100米風力發電機組，平均發電量提升最高可達20%。即使是在同一個風場，170米機組較140米機組的發電量也有顯著提升。魯陽風電場140米高度風速5.16米/秒，170米高度風速5.45米/秒，相同的機組等效利用小時數增加了200小時，度電成本進一步下降。

　　推廣高塔風機持續助力碳減排

　　當前，整個行業對風機效率、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機發展的方向。

　　許繼集團正著手研發風輪直徑160～180米的大容量系列機組，以度電成本最低為目標，持續降低建設成本；開展風電源網協調技術研究，以適應新能源為主體的新型電力系統。在高塔方面，該集團將200米及更高塔筒作為發展方向，開啟了前瞻性研究。

　　在張北國家風光儲輸示范工程中，許繼集團就實現了自動調頻調壓技術、風電機組有功無功的在線可調技術、130%過電壓穿越（HVRT）、虛擬同步技術的研發應用。這些技術為新能源的友好并網鋪平了道路。許繼集團為河南封丘荊隆宮風電場提供了19臺葉輪直徑為131/146米的風力發電機組，并引入了輪轂中心高度140米的超高混塔風電機組，拉開了高塔風機推廣和應用的大幕。

　　截至2020年年底，許繼集團已在河南、河北、山西、內蒙古、青海、新疆、云南、遼寧等多個省份投運風電機組近1500余臺。這些風電機組平均每年發電60億千瓦時，可供約300萬戶家庭全年用電，相當于中和了200萬輛燃油汽車全年的碳排放。

　　許繼集團將繼續發揮優勢，深挖潛能，加強技術研發，為我國中東部低風速區域的風電場發電機組選型提供更優質的解決方案。

　　（許繼集團供圖）