如果說風電機組是風能的CPU，那么風電塔架便是風電機組的基礎。

近三年，中國風電機組新機型市場周期縮短，大型化趨勢迅猛，帶動塔架高度同步攀升，頻頻刷新風電新高度。

傳統(tǒng)塔筒難以適用市場變化，由此，衍生出全鋼柔塔、混塔、桁架塔等，圍繞提高發(fā)電量這一核心目標，成本、穩(wěn)定性、安全性等成為考驗各種風機塔筒技術的關鍵要素。

2023年，各大業(yè)主、整機商及設計院等紛紛推動更高、更輕量化的塔筒設計在項目中進行應用。尤以混塔為代表，以其廣泛適應性和成本優(yōu)勢成為140米及以上項目的最佳選擇。

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120-140米：柔塔為王

目前，高度在120米-140米風電機組，已多數采用柔塔，相對剛性塔筒，塔筒重量及造價明顯降低。據風電之聲 2021 年不完全統(tǒng)計，中國市場自 2016 年首臺 120 米全鋼柔性高塔率先投運以來，市場上在運 120-140 米高度高塔筒風機已經超過 6000 臺，其中全柔鋼塔約占 87%。

柔塔占據2021年中國市場的主要份額，并向更高的市場邁進。

2021年，東方風電、運達股份、金風科技分別完成150米全鋼柔塔、153米超高柔塔樣機、165米大直徑超高鋼制柔塔樣機的吊裝工作，其中金風科技的165米柔塔一舉創(chuàng)下亞洲第一高柔塔紀錄。

但當柔塔到達這一高度，柔塔的天然缺陷被進一步放大。據悉，柔塔解決了塔底大直徑用鋼成本過高和運輸受限的問題，但付出了降低塔架頻率的代價。

相較120-140米柔塔只需考慮一階振動時的自動偏航、變槳抗渦功能，二階振動的液體阻尼器設置，吊裝時的渦激振動而言，160米及以上柔塔需考慮高階振動問題。

金風科技全資子公司天源科創(chuàng)下屬天杉高科于2021年發(fā)文表示，柔塔為了避免受渦振破壞，需要采取一系列措施。同時國內風場的現狀是吊裝完成距離上電還有時間窗口期，運營期間也有斷電風險，沒電就意味著風機失去控制。失電狀態(tài)則需要通過外接電源、加裝硬件阻尼等避免塔架發(fā)生二階渦振。這些預防措施全部需要經過專業(yè)的算法和精確的測試才能制定，對于不同項目不同塔架必須制定針對性的整套方案，對系統(tǒng)控制技術能力及整機運維技術能力要求非常高。

柔塔繼續(xù)向上攀升的難度可想而知，近兩年未在公開報道中查詢到有更高的柔塔項目布局。隨著塔架上升至160米的高度，柔塔與混塔此消彼長，這一趨勢與國際市場占比吻合。

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桁架塔研發(fā)多樣化

不用于傳統(tǒng)柔塔，桁架結構的風塔結構剛度大，阻尼比大，可避免塔架與風機轉頻共振，不需要特殊的防止“塔筒共振”和“渦激振動”的控制策略。

2022年6月，由中國電建山東電建三公司承建的全球首個預應力桁架結構風電場——金膠州分散式風電場實現全部風機并網發(fā)電。該風電場由里岔、鋪集、洋河三個分散式風電場組成，共安裝有18臺160米高和1臺170米高風力發(fā)電機組。

運達股份為鋪集項目提供了桁架與塔筒混合式塔架的安裝模式，首臺桁架式風電機組于2021年11月吊裝完成。由此，運達股份成為國內少數實現柔塔、桁架塔、鋼混塔三種塔架形式應用的整機企業(yè)。

受益于桁架結構，金膠州分散式風電場項目成為全國單個風機基礎混凝土用量最少的項目，僅220立方，也成為全國單個風電機組永久占地面積最少的項目，單機占地面積僅6平方米。

據了解，相較于傳統(tǒng)風機基礎，桁架塔可降低對塔下農作物種植或塔下植被的影響，同時減少了鐵塔實際占地面積，節(jié)約了土地資源。在節(jié)地優(yōu)勢明顯的同時，這一技術適應性很強，適用于跨河道、跨道路建設，適合山地等不平整路面，可應用在集中式和分散式風場，運輸及吊裝更靈活。

近年來，整機商持續(xù)對桁架塔技術進行研發(fā)。今年11月，由中車株洲所自主設計開發(fā)的國內首臺三邊形桁架塔風電機組在河南民權順利并網成功。據中車株洲所數據顯示，該桁架式超高塔技術產品發(fā)電量相對于普通機型增加15%，基礎建設成本降低30%左右，為構建平價時代的競爭優(yōu)勢提供有力支撐。

中車株洲所指出，該風機塔架桁架部分采用的拉鉚連接技術相較常規(guī)連接方式，連接可靠性提升，保障機組運行安全，并采取模塊化設計，三邊形結構能夠減少鋼材用量，各單元結構安裝方便快捷，有效節(jié)省安裝時間，整機及塔架安裝時間縮短至10天以內。

中車株洲所還與中建五洲共同打造了三立柱式160米超高桁架塔樣機，該風機今年10月落地河南商丘，風機采用新型桁架結構的新技術，通過轉接段設置的6片法蘭連接過渡桁架與筒體。該樣機的吊裝對超高桁架塔具有里程碑意義。

除中車株洲所外，今年遠景能源對外透露已完成桁架式樣機設計，公司將為行業(yè)提供包括鋼塔、分片式、鋼混塔、桁架式等適應不同場景的全棧解決方案。

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140米以上：鋼混塔架占比超過1/3

對于超過140米以上的超高風機，混塔風電機組具有就地部署、倒運便捷的優(yōu)勢，且成本明顯占優(yōu)，滿足風機平價時代業(yè)主對投資回報率的要求。

對于大葉輪大功率機組而言，混塔也具有大剛度、高頻率的特性，抗疲勞性好、穩(wěn)定性高，無論是應用于高切變高風速地區(qū)，還是應用于低風速高塔架場景，都能提供更好的結構安全保障。

2021年，天杉高科研發(fā)并安裝了155米預制裝配式塔筒架，標志155米高度鋼混塔架進入商業(yè)化運行階段。同年，國內首臺170米鋼混塔架在國電投魯陽風電場落地，許繼風電這臺機組下部為三節(jié)層層嵌套的多邊形混凝土結構，采用自提升裝置將整機送上170米高空。

這是柔塔難以觸碰的高度，混塔的市場前景開始釋放。2022年，包括金風、明陽、運達、電氣風電等在內，頭部整機商自研混塔紛紛進入批量商業(yè)化應用階段，風電塔架商用高度正式邁向160米。

當年8月，由明陽智能自主研發(fā)設計的160米超高鋼混塔架在安徽靈璧靈北風電項目成功吊裝；同月，天杉高科承接的國內首批19X葉輪直徑5.X風電機組160m鋼混塔架于安徽譙城首吊成功。另外，安徽省首個批量使用160米混塔方案的陸上風電場項目——亳州市萬通風電場首臺風機混塔段吊裝完成。

10月，運達股份襄北風儲一體化風電場項目輪轂高度160米混塔機組完成吊裝，電氣風電首臺自研自制的標準化、模塊化“3060混塔”型風電機組在甘肅省金昌市潮水山戈壁灘順利完成吊裝。

2023年，這一高度再次躍升。金風科技于今年9月成功完成185米風電塔架吊裝，該高度相當于近60層樓，創(chuàng)造全球陸上風電塔架高度新紀錄。

CCPA風電混塔分會表示，自風電平價時代起，鋼混塔架作為風力發(fā)電機組支撐結構在平原、東北、山地、丘陵等區(qū)域實現規(guī)模化應用，塔架高度也從120米至185m米實現市場主流機型的匹配。

有數據顯示，近年來，在140m以上風電機組中，鋼混塔架占比超過1/3，風電機組大型化更有利于充分發(fā)揮鋼混塔架承載性能。2023年，裝配式高強度混凝土風電塔筒發(fā)展進入高速發(fā)展期，并隨高度增加混塔占比越來越大。

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2023年，混塔項目頻落地

今年，整機商你追我趕，已完成多個超高鋼混塔項目吊裝工作。

按照吊裝時間看，繼去年10月完成首臺混塔吊裝后，2月，電氣風電又一自研自制的160米高“3060混塔”，在華電齊齊哈爾富拉爾基50MW風電項目順利完成首臺吊裝，開創(chuàng)在高寒地區(qū)安裝混塔式風機的先河。

5月明陽智能羅山風力發(fā)電項目順利完成首臺170米鋼混塔風電機組吊裝。該項目為國內首個170米預制混凝土塔架批量應用的風電項目，混塔段采用高精度預制結構。

6月中國海裝在河南地區(qū)完成適配市場主流風電機型的160米級鋼混塔筒完成吊裝，該鋼混塔筒由標準鋼制塔段和混凝土塔段，加上轉接段連接組成，是中國海裝眾多支撐結構中的主打產品。

9月，金風科技成功完成185米風電塔架吊裝，該高度相當于近60層樓，創(chuàng)造全球陸上風電塔架高度新紀錄，為風能資源的高效開發(fā)與利用拓展了新的邊界。

10月，遠景能源首個自研GTS全棧式塔架系統(tǒng)的170米混塔+135米分片式鋼塔項目在臺前批量交付，其中混段高達137.3米。

同月，運達股份180米超高混塔批量商業(yè)化項目——巨石江蘇漣水項目首臺WD200-5000機組完成現場吊裝，該項目是全球范圍內首臺超高性能混凝土（UHPC150）塔筒首次投入使用，亦是全球混塔段中最高強度等級的塔筒，混塔段高達157.4米。

以上項目多位于河南等低風速地區(qū)，如明陽智能項目位于河南省信陽市羅山縣東部，羅山區(qū)域是典型的低風速高切變地區(qū)，風切變指數達到0.27以上。輪轂高度每提升10米，年平均風速增加0.11m/s，年發(fā)電小時數可以提升85小時，全投資收益率可提升0.2%，資本金收益率可提升0.55%。

由此，隨著高塔技術的創(chuàng)新與應用、風機葉輪直徑的增大、風機智能化水平的提升，包括河南、江蘇等在內的低風速區(qū)域已成為了陸上風電的新“藍海”。

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結語

站在2023年時間節(jié)點上，縱覽近三年風電塔筒的飛速發(fā)展，可以看到，185米不是塔架高度的極限。風機大型化趨勢下，整機商在高度上的探索不會停止，隨著混塔技術的成熟以及180米、185米塔架的批量投用，探索開發(fā)200米以上高度空間的風能資源或指日可待。