运达股份王克峰:新型高塔技术及其应用

能见App 2021年10月19日 4276

2021年10月17日-20日,2021北京国际风能大会暨展览会(CWP 2021)在北京新国展隆重召开。作为全球风电行业年度最大的盛会之一,这场由百余名演讲嘉宾和数千名国内外参会代表共同参与的风能盛会,再次登陆北京。

本届大会以“碳中和——风电发展的新机遇”为主题,历时四天,包括开幕式、主旨发言、高峰对话、创新剧场以及关于“国际成熟风电市场发展动态及投资机会”“国际新兴风电市场发展动态及投资机会”“风电设备智能运维论坛”“碳达峰碳中和加速能源转型”等不同主题的15个分论坛。能见App全程直播本次大会。

在19日上午召开的风电机组技术创新论坛上,浙江运达股份有限公司技术中心机械设计室主任工程师王克峰发表了《新型高塔技术及其应用》的主题发言。

以下为发言全文:

王克峰:各位专家,各位同行大家上午好,下面我跟大家汇报下新型高塔技术这个专题,近年来由于低风速地区资源的大力开发,高塔这个词成为热门词汇。我的演讲主要从以下三个方面,第一,153米及柔性全钢塔架,第二,166米的混凝土塔架,第三,170米的行架式塔架。这也是三种塔架形势,跟大家做一个汇报。   

首先是153米及柔性的全钢塔架,我们最高柔塔最高柔塔是装了一台样机,在辽宁铁岭式,但它是放在一个批量项目里面,目前这台样机是国内风能最大的150米以上的超高柔塔机组,从8月份并网至今,机组运行状况良好,现在正在联合第三方认证机构进行柔塔的安全性测试。柔塔产品一直在发展一直在迭代,首先第一是低风速高切片地区,也就是我们通常所说的低风速地区,这些资源开发柔塔是安装机量是非常高的。第二是平原地形项目,这种地形下风资源厂址比较简单,在复杂厂址条件下,比如说大湍流的时候柔塔会碰到有时候会碰到一定的频率问题,所以在这个平原项目肯定是他优先选择的目标市场。第三把项目建设的点放在这里,时间紧迫的项目,这是从我们市场反馈来说,假设这个项目非常紧急,上柔塔是一个非常好的选择,为什么?这个柔塔跟我们常规的钢塔制造,制造安装工艺几乎是一模一样的,只是在设计的时候控制策略不一样。所以它的安装速度是这些高塔形势当中相当于是最快的,当项目建设比较紧迫的时候选择柔塔是一种很好的措施。    

接下来讲一下柔塔的安全性,首先吊装的时候柔塔容易碰到一阶涡激,经过运达这近几年的研究扰流条目前是最好的解决涡激的方式,安装简单,制作也是比较简单,拆卸的时候比较方便,所以运达是推进扰流条方式,由其它厂家很多其它研究,相对来说复杂一些,目前扰流条已经很大程度上解决一阶涡激振的问题。主机吊装完成之后,会碰到有个专业词叫双柱扰流,当叶片在顺浆状态时,叶根处跟塔筒是跟接近的,这两个物体都会产生漩涡,两个漩涡进行叠加的时候,容易产生一阶涡激振动。运达研究就是说把其中一片浆叶开浆,首先位置会原理塔筒,第二个浆叶产生的涡流范围也比较小,这样能很好的抑制一阶涡激振动,这种方式运达已经有近二十个项目的验证,是十分有效的。

二十年全生命周期内的产品安全性,首先还是一阶涡激振动,这个是自动抗涡,把抗涡模式加入到控制策略里面,可以做到无人职守自动抗涡。再一个还有一个关键点二阶涡激振动,现在行业中采取增加阻泥器的方式以致二阶涡激振动。现在市面上液体阻泥器市场份额是很多的,也有一部分TMD阻泥器,机械阻泥器,当然其它厂家份额大的更多,153米柔塔我们是装了机械式的阻泥器,这个阻泥器在吊装的时候就打开了,目前来说现场的效果非常好,我们也正在措施,刚才所说的联合第三方测试其中就包含这一块。再一个就是控制策略,柔塔控制策略是非常重要的,我们运达也是跟世界上研究的领先机构,非常优秀的机构,近年来一直合作做这一块,当然形成了我们运达内部的一套控制策略,主要是以下比如工程穿越,主动阻泥这个技术,来保证更高的柔塔产品安全性。  

下面就是我们拿到的第三方的报告,我们从几年前的120米, 140米,包括现在的153,我们都会做认证报告。其实这份报告不管120米,140米,就是这一份测试、这份评估可以拓展到更高的高度,这个计算方法可以拓展到更高的高度,但是我们153米上去以后我们还是要做一份测试,那么做一下就是也表明我们的态度,不会说有其他高度的来随便推一下就可以。

下面介绍混塔。首先166米的混塔是个批量项目,安装于河南商丘,河南是我们河南山东安徽省著名的低风速地区,是国内最高的混凝土塔架项目,今年10月份已经开始吊装,当然这些图片是常规性的流程,吊装因为需要时间稍微时间长一点,河南那边还有下雨,疫情等等耽误了,所以图片没有放实际上的吊装图片,但是比如绑扎钢筋,浇筑混凝土脱模,表面处理等等这些都是常规的,要是根据项目去画,可能意义也不是特别大,所以大家了解一下。这个制作因为设计到土建行业,可能机械是有很大区别,所以相对来说复杂一点。   

介绍一下混凝土塔架产品的安全性,除了工程算法以外,大家知道土建设计是依靠国内的土建行业的规范,工程算法有一套成熟的算法,特别是高总结构就能算这种混凝塔架,但是还有服于分析和物理实验来确保结构安全性。首先频率校核是所有塔架设计里面都要过的一关,第二个叶片净空这里我多说一下,叶片净空是因为混凝土塔架的直径比常规钢塔柔塔要粗很多,比如最低部已经到了9米到10米,顶部也是5米左右,我们常规可能柔塔钢塔就是4米5,4米7,所以当它直径特别大以后叶片有可能会碰到扫塔的情况叶片进空情况就要非常注意。所以我们在设计最开始这个就作为一个限制条件,一个阈值我们设置在那里,混凝土高度虽可以调整,从50米,80米到100米都可以调整,但是不能无限调整,假设全部做成混凝土塔架166米全部做成混凝土,叶间和塔架间之间会存在非常大的问题。所以这一块叶片净空是非常关注的。后面的这些强对计算,索力校核,裂缝等等,还有关键地方过渡段,过渡段目前采用的上钢制的,钢制受力还是相对来说比较好的计算分析的也比较成熟。还有物理实验管片拼接,混凝土每个管片都是一个原形因为直径比较大,运输会存在一定问题,所以目前行业中优先把它分成两片到四片这种,当然也有整环,整环如果场地允许,比如整环比如达到8米9米,场地道路可以允许运输也是没有问题,但常规来说做成通用性可能分片,分片比较好。所以这里分片的连接也是做了一定的实验来印证。当混塔的直径低部直径非常大以后,业主就考虑把箱变是不是放在塔筒里面,因为有很大的空间是空着的,没有放东西,除了变流器之外,把它放进来之后可以节约箱变的征地,而且还可以节省电缆。

这一块我们做了两个方案,首先说箱电与变流器在不同平台,这个散热是比较好的,天然就是比较好的,因为隔开一段距离,另外就是放在同一平台变流器与箱变的距离稍微近一些,通过热方针安装主流风机等等这些措施,散热这一块保证要求,还有第三方测试报告、认证证书。当年我们在2017年的时候装120米的混塔样机当时也是做了认证,到现在166米这也是有一个第三方的认证,当然其中中间有140米,150米,155米混塔都有产品存在,其实这些塔架的认证报告已经拿到了,这个因为混塔就稍微特殊一点是塔架跟主机分开拿认证报告,这一块主机配塔架我们现在还没有去做,项目上如果有需求可以很快的拿到认证报告,这是没有问题的。

混塔的应用场景,首先是低风速高切片,典型的低风速地区,当然中风速高切片也是可以的,比如东北风速比较高的地方,第二是复杂的厂址条件,刚才柔塔提的对立面相当于,大湍流的时候柔塔可能会碰到频率问题,但是混凝土塔架是钢性,钢性湍流大一点没有问题,对他的设计。第三是南方的滞洪区,洪水区地带,洪水位比较高的地方混凝土结构是有天然的防水优势的,我们放在洪水位高一点塔筒能抬高一点其实不用改动其它设计就可以完成,这块是它的防洪效果比较好。右边的图是我们目前合作的单位预制厂的分布情况,主要集中在中部低风速地区,这一块也是围绕这些来做的,因为每一个预制厂可以辐射的项目范围两百公里,现在我们也在研发一种新一点的塔架,新型塔架可以超出两百公里运输,当然这个辐射两百公里的意思就是两百公里运费是含在塔筒报价里面,不会定位加给你。如果超出两百公里,比如500公里运费可能主要占大头,这个可能在项目经济上来算不太好算,东北当然也有阈值厂,以上就是混塔产品的情况。    

再一个就是170米行架式塔架,这个塔架也是批量项目,位于青岛交州,这是全球最高的行架式,国内比较领先的,已经于上个月9月4交装。这个行架式跟混凝土塔架有类似的地方,下部是另外一种形势,上部是钢筒,上部跟混凝土一样的上部钢筒也是钢形,不做成柔性。首先四个边是有四个塔柱,这四个塔柱里面有钢角线,把塔柱处于受压状态结构受力,疲劳方面有很大的提高,还有一些中间有一些横改塔架常规的都是由桁架组成,还有底下的基础四个角上,基础非常小,中间那幅图有一个横格,常规的桁架式连接,这种塔架形式的特点第一钢度特别大,分开20几米,25米到30米,钢度是非常大的,分散下来的力,每个角的力非常小,所以基础造价比较低。还有一个就是工业化制造竿建,竿建都是十多米的样子,运输采用半挂车就可以了,现场拼装,运输不受限制。

在强度分析方面做了很细致的分析,包括节点连接还有预应力还有右边的图过渡段,过渡段这块因为是从下部桁架这种相当于过渡到四边形过渡到上边圆形连接,所以还是设计比较复杂,比较关键的地方还做了物理实验来印证,包括有个焊接,通过物理实验来保证结构的安全性做了些印证。安全性还有吊装安全性,吊装先是塔柱,中间的四根的塔柱吊装,中间斜杆横杆组装,吊装起来,中间横格一根一根开始吊。为什么说吊装安全性,因为桁架式塔架跟常规这种钢筒吊装不太一样,大家可能不太了解,跟我们输电塔有点类似是特种作业人员在上面作业是非常熟的,对他们没有难度,对咱们可能没有了解。比如这里这跟塔柱上都有非常多的爬钉和吊点等等,这高空特种作业人员在上面攀爬非常方便,做了些设计。塔底的根开非常大,比如两支角之间是25米,第一阶竖向是11米,农业机械完全没有问题,如果再四个角再加一些围拦防护等等,复耕是完全没有问题的。基于特点这个应用场景就出来了,首先还是低风速地区,应用高塔的地区,第二就是大湍流跟我们混凝塔架差不多,但是钢性非常大的塔架湍流影响非常小,第三点是比较重要的地方就是我们根开大以后,项目地点有一个沟渠,一个河流,25米、30米的根开非常容易跨过去,常规塔筒设计基础重力式基础等等。洪水地区这个底下都是镂空的,防洪效果也是非常好的,电器设备是放在中间上面的。

我的演讲就到此结束。

 

(根据演讲速记整理,未经演讲人审核)