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新型模块化风力发电机塔架设计

2012-07-30 14:14
雷本祖
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  由于风机建造成本、运输费和安装成本的不断上升,而风机塔架80米的局限性又限制了大型风机的潜力,开发人员正试图研发更高、更有效的新型塔架。

  风力发电机采用更高的塔架将有效地提高电力生产能力。如在目前2到3MW的风力发电机上如果采用80m高的塔架,可以比采用60m塔架的风机具有更大的电力生产能力,另一方面,更高的塔架还可使大型的风机进入市场。同时,高塔架使得风机叶片处于较平稳的气流中,降低风机的疲劳和磨损。

  当然,建造更高的塔架意味着增加相关的成本,同时制造商还得仔细考虑开发新型塔架的投资成本是否合理,相关的投资和增加的成本需要风机运行的前5到8年内收回。

  在美国中西部地区65m处的平均风速为7m/s,则安装在80m处的2.5MW风机输出为每年820万kW/hr。如果将塔架高度增加高度到100m,风机输出电力可达到每年100万kW/hr。在电力价格为每千瓦时0.06美元的情况下,增加塔架高度20m可以获得每年6万美元的额外收入,虽然可能并不是很多,但这给开发者提供了一种调整成本的方式。

  在美国常规的100m风机塔成本较高,而且在许多情况下,成本几乎是80m塔架的一倍。这还不包括高昂的塔架组件运输成本。因此仅仅增加塔架柱体和焊接钢管的高度未必是最具成本效益的方法。风机制造商也继续进行评估测试新的替代塔架,预计在未来几年内将成为开发商购买的选择之一。

  Northstar公司设计了一种模块化塔架,这种可在现场安装的塔架能有效解决交通运输限制的问题。该设计通过增加塔架的板体来增加塔架直径和高度。由此也可以采用更薄的塔架材料,提高钢材使用率,从而降低成本和重量。新型塔架安装的法兰与常规塔架使用相同的标准,在塔架顶部和底部的法兰可以采用常规的接口与风机和基础连接。而塔架底部增加的直径使得地基建设面积宽度更大,同时整个地基不必挖得很深,减少了传统塔架地基中昂贵的埋地封环。

  模块化的塔架需要在竖立起来之前进行装配。采用桥梁和高层建筑建造中经常使用的摩擦式连接方法进行塔架现场安装。塔架板体结构以及采用摩擦式插销连接方法,使得装配焊接工艺过程只需传统塔架安装的10%到15%。除了可以进一步降低制造时间和成本,采用摩擦式连接的另一个好处是,因为安装张紧过程不是通过力矩实现,张紧工具可以不必进行校准,减少安装过程中发生错误的风险。在外观上,Northstar的塔架仍然是圆筒状,与目前使用的管状塔架类似,仅仅是外侧多了模块连接的刻度。

  运输问题也是风机大型化快速发展的制约因素之一,而采用模块化塔架则可以通过标准的拖车进行运输。塔架底层部分在现场进行装配,而顶层部分可以预先装配好后进行运输。模块化塔架的运输成本仅为同类传统管状塔架的25%-35%。

  这种更高的塔架能让开发商、风电场业主获得更大的利益,同时提高风机尺寸和发电量,促进整个风电产业持续增长。

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