視頻 柔性鋼塔風電機組真的損失發電量嗎？

柔性鋼塔去年有傳言說它是「軟妹子」，今年又有傳言它不但安全性讓人擔心，還損失發電量呢！看來這都要從這個柔塔的「柔」說起!

全鋼柔性塔筒，按照科學也通俗的解釋是這樣的：只要塔筒的一階自然頻率與機組風輪旋轉頻率範圍有重合，這樣的塔筒就被稱作柔性塔筒，反之如果這兩者的頻率沒有重合,則為剛性塔筒。你看，柔性是相對於剛性而言的，柔塔更非是真的軟。柔性塔筒的材料、工藝、運輸、吊裝和剛性塔筒沒有任何區別，一段運輸車上的塔筒是剛是柔，是看不出來的！

那為什麼高度超過100米以上的全鋼高塔筒通常都會被設計為柔性塔筒呢?這是因為傳統的鋼塔筒低於100米且其強度滿足機組的疲勞和極限載荷時,由於長度較短,所以它的一階自然頻率相對較高,自然和機組風輪的旋轉頻率不會發生重合，也就是所謂的剛性塔筒。可是，當塔筒高度更高，其強度完全可以滿足機組運行的極限和疲勞載荷時，塔筒的一階自然頻率會因為塔筒長度的增加而下降到機組風輪旋轉頻率的範圍內。這時，如果僅僅為提升塔筒頻率避開風輪的轉速範圍去增加塔筒的重量是不經濟的，以120米高度塔筒為例，其重量可能要增加150噸以上，這顯然不可接受，且也沒有必要。這就是為什麼超過100米高度以上的全鋼塔筒通常都設計為柔性塔筒的原因。

問題來了，如果設計為柔性塔筒，那麼風輪旋轉頻率和柔塔的一階自然頻率相交可能產生的共振就成為必須要解決的問題。這對柔塔的平穩安全運行提出了挑戰，而傳統上有效的方法就是大家可能聽說也了解的所謂動態穿越控制方法，再進一步解釋就是，當風輪轉速運行到塔筒的自然頻率附近時，就要跳過這一頻率以規避可能的共振。但是，風輪的轉速一旦主動跳過了這個頻率區間，就意味著其控制目標不再是風能最優捕獲，所謂的發電量損失就發生於此。

「這個所謂的動態穿越技術實際上在歐洲高塔風電的開發領域已是非常傳統的方法，早在十多年前就被廣泛應用於全鋼柔性塔筒的機組上。但歷經十多年的發展，當今的控制技術已今非昔比,是完全可以做到在幾乎不損失發電量的前提下實現柔塔平穩運行。」遠景能源副總經理王曉宇博士這樣說道。

下面這個視頻，是遠景140米高度全鋼柔性塔筒機組穩定運行的一個橋段，它從側面證明先進的控制技術才是柔塔成功的關鍵，既能保證安全運行，又可以不損失發電量。

問題是如何才能做到在幾乎不損失發電量的前提下，又可以保證柔性塔筒安全穩定運行呢？「遠景在解決柔性塔筒共振問題上不再將動態穿越作為一個控制手段來規避共振問題，實際上，動態穿越在遠景的柔塔運行控制架構里，已不再作為一種控制技術，而是僅僅作為多重塔筒振動軟硬體保護策略的一種。」王曉宇博士進一步強調，「在採用遠景120米高度柔性塔筒機組的20萬千瓦批量運行風場的實際統計數據顯示，這種作為保護策略的動態穿越動作很少會被觸發運行，這表明柔性高塔筒風機幾乎不損失發電量。」

可以透露的關鍵技術是遠景的轉子不平衡補償技術。實際上，風輪的不平衡載荷是以風輪旋轉的周期作用到塔筒結構上，因此這樣頻率的激勵和塔筒的自然頻率發生相交，從而導致可能的塔筒結構共振。

「通過控制技術動態地消除這種不平衡載荷，可以將外部的這種激勵輸入降低到最低。」王曉宇博士說，「這種技術遠景早就在大風輪的低風速機組上得到過成熟有效的應用。風輪越大帶來的不平衡載荷的影響就越大，只不過柔性塔筒把這種不平衡載荷的外部激勵越發放大了。不平衡補償技術是遠景低風速大風輪智能風機得以領先業界的一個非常重要的特性，當然遠景能夠快速開發這樣先進的柔性塔筒控制技術也正得益於此。所以，先進技術的開發和積累實際上比所謂的新產品開發更重要、更根本。」

還可以透露的是動態主動阻尼技術。這種技術就是用軟體控制變槳策略，實現實際上的阻尼效果，進一步抑制塔筒可能的振動狀態，「將振動的初始狀態遏制在搖籃里。」王曉宇博士這樣形象地說明軟體阻尼器的效果。

到此，不難發現柔性高塔筒控制技術的目的在於從根源上抑制產生塔筒振動的外部激勵，同時再通過變槳控制形成強大的氣動結構阻尼作用，正如王曉宇博士所說，「盡一切技術手段減少動態穿越的次數，或者讓發生動態穿越的條件幾率越來越少，本質上就是讓動態穿越技術不再作為常態的控制方法而蛻變成保護策略的一種，這是關鍵，也是風電控制技術持續進步的最好詮釋。」

可以說，對於全鋼柔性塔筒風電機組這件事，只要有了先進的控制技術，無論是安全平穩運行，還是避免發電量損失發生，一切都不是問題。技術的含量可以這樣作比：天空的飛機和地上的自行車比安全，統計數據證明飛機的安全性是所有交通工具中最快最安全的。道理也比較直白，好的結果是由技術的先進性決定的。

▓來源：遠景風向標

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