近日，在国家电投鲁阳风电场，许继集团生产的XW3600/155风电机组正在偏航驱动的牵引下缓缓旋转，寻找最佳的迎风角度。该机组在这一天刚好投运满半年，并在此期间实现了零故障的稳定运行。
“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。它不仅刷新了全球最高的风力发电机组记录，同时也标志着风电行业的发展进入新的阶段。” 许继风电科技公司总工程师程林志介绍说。在大力发展新能源的道路上，许继集团一直创新，始终致力于技术研发，为风电行业发展持续作出贡献。
奋起最高 助力风电行业转型升级
长期以来，风电开发都优先摘取“低垂的果实”，即重点开发新疆、内蒙古等地区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”被冷落。
随着我国碳达峰、碳中和目标的确立，能源消费结构向清洁低碳加快转变，风电开发技术飞速发展。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，它们覆盖了全国总面积的68%，高塔可以说是解决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。
超高风电机组仿佛摘取“高处果实”的梯子，开拓了巨大的风电开发空间，我国中东南部地区的风能资源开发量由原来的3亿千瓦增至10亿千瓦，为实现碳达峰、碳中和目标提供了有力支撑。
而同时，风电行业发展进入了摆脱补贴依赖的改革期，要让成本降低实现平价上网，最直接的方法就是在效率上下功夫：即同等资源条件下提升风机效率和出力。许继集团把握机遇，未雨绸缪，提前规划部署，投入大量资源进行高塔机型的研究。
“客观来讲，风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。同时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。”高塔项目负责人李成晨说，“在山区，由于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缩小。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。高空湍流小，叶片受力相对均匀，也有利于延长机组疲劳寿命。”
风电机组重达百吨，要想在高空稳定运行，全靠塔筒支撑。然而传统的钢塔筒占风电机组整体成本的大约两成，并且高度超过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满足强度高和成本低两项特征。
2020年6月，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”。
技术革新 引领行业发展路线
2020年12月，鲁阳风电场170米超高机组的塔架搭建完成。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，降低了作业难度和风险。机组吊装完成后，主要采用自提升装置，将下部类似“鱼竿”一样的混凝土结构一节一节的抽出，最终实现轮毂中心高度达到170米。
鲁阳风电场是中原地区已投运的单机容量最大、塔筒最高、叶片最长的平原风电场，也是世界首例170米陆上现场浇筑施工的自提升式超高混塔项目，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被应用到风电塔筒建造中，并无相关经验可以借鉴参考。
另一方面，超高混塔的安全可靠性很大程度上取决于施工质量，小到螺栓，大到钢材，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，难度极大。” 李成晨说。
2020年11月20日，项目并网前期正值冬季，为了确保这台超高混塔机组按期完工，程林志已经连续驻场逾3个月。
“在外行人看来，混塔的安装像是用吊车搭巨型积木，拼在一起就好了，没什么难度，实际施工要复杂的多”，他聚精会神地盯着施工现场，“其实也可以拿积木做比较，想象一下一座170米的积木塔就知道了。堆砌的时候，底层哪怕有一丝误差，在高空就会出难以估量的大问题。”在程林志的组织下，项目现场全员轮流值夜确保24小时不间断施工，不畏风雪也要保证夜间浇筑顺利完成，通宵跟踪混凝土浇筑施工也习以为常。2020年12月23日，鲁阳项目成功并网，截至目前全部机组运行稳定。
项目并网投运后，吸引了不少风电投资企业到鲁阳现场考察学习，为其他风电场的建设提供了宝贵的经验。“这台机组可没少来人看，最多一天我能接待4波人。”许继驻鲁阳项目的现场经理孙京涛抬头看着旋转的叶片，眼神中满是骄傲和自豪，“它最明显的特点就发电量高，运行起来也没啥毛病，业主肯定满意啊！”
许继的混塔风电机组具有就地部署、倒运便捷的优势，超过140米后的成本优势明显；通过自提升技术，无需额外租用大吨位吊车，大大节约施工成本；塔筒免维护，塔顶振幅小，大大提升了调试及维护效率。
许继的混塔风电机组相较常规机组的发电量优势更加明显。根据现场的运行数据测算，170米风力发电机组比同地区最常见的100米风力发电机组的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米机组也有显著提升，鲁阳现场的140米高度时风速5.16m/s，170米高度风速5.45m/s，相同的机组等效利用小时数提高200小时，度电成本进一步下降。“可以说，超高风电机组是风电技术发展的里程碑产品。”程林志说。
专业专注 助力实现碳达峰、碳中和
我国正在加大力度发展绿色能源，随着风电平价上网的普及，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、更高塔筒将是陆上风机发展的方向。
许继正在着手研发包括4.5MW、5.XMW和6.XMW在内大容量系列机组，风轮直径涵盖160-180米；在高塔方面，将200米及更高塔筒作为发展方向开启前瞻性研究；提升风电场整体解决方案能力，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的研究，以适应新能源为主体的新型能源系统。
在张北国家风光储输示范工程中，许继就实现了国内首次自动调频调压技术、国内首次风电机组有功无功的在线可调技术、国内首次130%过电压穿越（HVRT）、虚拟同步技术的研发应用，这些技术可以主动为电网提供支撑，也为新能源的友好并网铺平了道路。
在封丘荆隆宫风电场中，许继提供了19台叶轮直径为131/146米的风力发电机组，并首次引入了轮毂中心高度140米的超高混塔风电机组，正式拉开了许继高塔风机推广和应用的序幕。经现场并网运行验证，高塔机组发电量相对其他项目普遍高出8%以上，为业主增强了继续开发平原风电场的信心。
截至2020年底，许继风电已经向河南、河北、山西、内蒙、青海、新疆、云南、辽宁等多个省区累计投运风机近1500余台，这些风机每年可发电60亿千瓦时，可供约300万户家庭的全年用电，相当于中和了200万辆小汽车全年碳排放。
在未来，许继着眼于“十四五”作为碳达峰的攻坚期、窗口期，许继集团将继续综合自身优势，深挖机组潜能，加强研发创新，通过大数据和人工智能融合、打造环境友好的智慧风电场及分散式风电整体解决方案，为业主带去更高、更安全、更稳定的发电收益，为我国中东部低风速区域的风电场提供优质解决方案。（许继集团宣传部 李永帅供稿）
