隨著塔架高度的不斷增加，全鋼塔架采用降低塔架剛度的方法以解決塔底大直徑用鋼成本過高和運輸受限的問題，伴隨的代價是降低了塔架頻率，塔架變的更“柔”，故而得名“柔塔”。柔塔的固定頻率小于1P，不僅存在機組啟停過程中與葉輪的共振風險，在自然條件下風達到觸發(fā)塔架產生渦激振動的臨界風速也非常容易。

塔架渦激振動

在柔塔吊裝階段，一階渦振會引起高塔頂部大幅振動，塔架啟停過程中，二階渦振則會快速損耗塔架的疲勞壽命，疲勞損害快速累積導致破壞，機組運行時若控制出現(xiàn)偏差也易引起二階渦振。初中物理就告訴過我們共振危害性是很可怕的，遠到著名的1940年美國塔科馬海峽大橋坍塌事故，近到2020年5月廣東虎門大橋振動，前不久的某風場某廠家142m高塔架倒塌事故，無一不是重大教訓。

塔科馬海峽大橋振動

虎門大橋振動

柔塔為了避免受渦振破壞，需要采取一系列措施：比如在吊裝階段，增加擾流條破壞風漩渦形成、安裝臨時阻尼器減小振幅，啟動階段快速穿越共振區(qū)域，安裝阻尼設備、通過算法進行動態(tài)加阻，運行期間通過高難度的控制技術保障葉片正確對風等。國內風場的現(xiàn)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(jīng)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。

混塔是鋼+混凝土結構塔架，其明顯區(qū)別于柔塔的特性就是“剛”?；焖没炷两Y構替代高塔架底段，使塔架頻率保持在1P~3P之間，不存在與葉輪產生共振的問題?；焖膭傂灶愃朴趥鹘y(tǒng)的百米以下鋼塔，在正常情況下風速也很難達到使塔架產生渦激振動的臨界風速。正是因為這樣，就算使用相同的機頭面臨相同的風況，混塔則完全不需要額外增加復雜的控制策略和外部配件，就可以應對各種復雜的工況，并且不會增加其它運維負擔。對于柔塔無法適應的復雜風資源項目，混塔也能夠保障機組安全可靠運行。

塔架振動頻率與葉輪轉速之間的關系

我國不僅是基建大國還是基建強國，世界橋梁總長度排名第一，世界水壩總數(shù)量排名第一，高鐵運營總里程第一，地鐵總長度第一，其中我國在世界十大著名橋梁中十占其八，在全世界地鐵長度前十的城市中占據(jù)7席。諸如此類的榮耀不勝枚舉，在工程領域我國實力處于絕對領先地位，在不斷的創(chuàng)新和發(fā)展中積累了豐富的工程經(jīng)驗，形成了全面的系統(tǒng)的適合我國國情的技術標準體系。

世界各國大橋總長度排名

世界各國地鐵里程排名

從結構類型上看，風電混凝土塔架屬于國內最駕輕就熟的混凝土工程，成熟的各類設計標準、管理標準、驗收標準可作為混塔設計的依靠和保障，諸如《建筑結構荷載規(guī)范》《混凝土結構設計規(guī)范》《高聳結構設計標準》《無粘結預應力混凝土結構技術規(guī)程》《混凝土結構工程施工質量驗收規(guī)范》《裝配式混凝土結構工程施工與質量驗收規(guī)程》《高聳結構工程施工質量驗收規(guī)范》等等；從結構體型上看，風電混凝土塔架類似高聳的橋墩，也與豎立的地鐵隧道高度相似，大量的基建工程經(jīng)驗可以借鑒到混塔的設計和施工中。站在基建巨人的肩膀上，我國混塔的技術將得到最為有利的發(fā)展支撐。2020年，運用140米混塔技術的深能高郵東部風電廠項目先后獲得國家優(yōu)質工程獎和電力優(yōu)質工程獎，運用120米混塔技術的國家電投阜城項目獲得電力優(yōu)質工程獎也表明了我國混塔工程技術質量在不斷發(fā)展進步。

在大葉輪大功率機組的發(fā)展方向上，市場已經(jīng)有了明確選擇。根據(jù)國際權威風電咨詢機構WoodMackenzie調查報告顯示，未來全球風電的裝機功率將向著更大功率方向發(fā)展，陸上風電方面世界主流風機廠商紛紛在3MW以上大功率機型進行布局，2021年~2023年3MW、4MW、5MW平臺產品將是主流平臺，從2023年開始將開啟6MW平臺元年，并以較快的速度向8MW級別平臺發(fā)展。相對應的，未來全球風機的葉輪也向著150m以上更大直徑發(fā)展。

全球陸上風電機組功率2017~2028年趨勢

主流主機廠家2019~2028年年平均機組功率發(fā)展趨勢圖


全球陸上風機2010~2028年葉輪直徑增長預測圖

主流主機廠家2019~2028年年平均葉輪直徑發(fā)展趨勢圖

近來國際、國內市場的新建項目情況也恰恰印證了這一點。如老撾某項目需求機型為葉輪直徑16Xm的4.XMW機組，烏克蘭某項目機型為葉輪直徑16Xm的5.XMW機組。根據(jù)近期國內公開招標信息，國家能源集團發(fā)布8個風電項目共計1809MW 機組采購信息，招標要求機組均在3MW以上，葉輪直徑在150米以上；華能招標19個風電項目共計2887MW機組，大部分項目要求單機3MW級別機型葉輪直徑在145米以上，4MW級別機型葉輪直徑在155米以上；華電集團2.5GW風電項目招標機組在3MW機型4MW機型的葉輪直徑要求在141~160米及160米以上、5MW級別機型葉輪直徑要求在150~160米及160米以上。

由于塔架存在設計頻率限制，100米以上鋼塔經(jīng)濟性不佳，140米以下又難以設計柔塔。所以大葉輪大功率機組的全鋼塔往往只能給客戶提供100米左右鋼塔或140米以上柔塔兩個方案，從而錯失了100米到140米之間塔架高度方案的最優(yōu)收益率。尤其是對于有限電、投資成本要求的項目往往存在發(fā)電量“少發(fā)不足，多發(fā)無益"的選擇困難。而混塔卻并沒有這個問題,據(jù)2020年統(tǒng)計數(shù)據(jù)，120米高度混塔國內已建成超過750臺。

對于大葉輪大功率機組而言，混塔由于其大剛度、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，無疑都會是更好的結構安全保障?；焖A制裝配的生產工法，也友好地解決了隨著機組變大塔底直徑增加帶來的運輸問題。靈活運用項目現(xiàn)場附近的移動預制工廠混塔方案或固定工廠管片式混塔方案，對復雜地形的風場建設無疑提供了更多的選擇。

混塔節(jié)段吊裝