2024風(fēng)電機(jī)組柔塔技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)與解決方案

風(fēng)電機(jī)組柔塔技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)與解決方案風(fēng)電機(jī)組柔塔技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)與解決方案為何需要柔塔？為何需要柔塔？為什么需要柔塔？為什么需要柔塔？全國年平均風(fēng)速分布在嚴(yán)重不匹配的問題全國年平均風(fēng)速分布不足，棄風(fēng)限電能資源卻不如人意劃中明確表示要加快開發(fā)中東部和南方地區(qū)陸上風(fēng)能資源受政策及商業(yè)利益驅(qū)使，風(fēng)電開發(fā)市場逐漸南移，低風(fēng)速風(fēng)電發(fā)展起來陸上風(fēng)電開發(fā)向低風(fēng)速區(qū)挺進(jìn)，分散式風(fēng)電經(jīng)常面臨低風(fēng)速區(qū)域來自國家氣候中心（2017-12-31）來自國家氣候中心（2017-12-31）新增低風(fēng)速技術(shù)開發(fā)量7億千瓦，19個?。▍^(qū)、市）風(fēng)資源技術(shù)開發(fā)量由原來的3億千瓦加到10億千瓦截至2018年底，我國累計裝機(jī)容量達(dá)到2.1億千瓦，20182200萬千瓦，新增低風(fēng)速開發(fā)量足夠開發(fā)33年140m100m5.0m/s140m100m5.0m/s到5.53m/s某2MW風(fēng)電機(jī)組發(fā)電量提升風(fēng)切變0.10.150.20.250.3度1406.95%10.59%14.17%17.76%20.34%1203.69%5.74%7.74%9.38%11.38%1000.00%0.00%0.00%0.00%0.00%

約10%增加塔架高度獲取更好的風(fēng)資源塔架質(zhì)量（t）塔架質(zhì)量（t）依舊采用原有的塔架設(shè)計技術(shù)——更高的剛塔？某2MW機(jī)組塔架重量某2MW機(jī)組塔架重量塔架高度（m）剛塔塔架重量隨高度快速上升，100m增加20m，塔架重量增加近1.5倍，經(jīng)濟(jì)性差120米高度下柔塔的質(zhì)量為剛塔的68%全鋼柔塔現(xiàn)狀國外：120-160m均有批量商業(yè)運(yùn)行業(yè)績?nèi)蚍秶鷥?nèi)已安裝上萬臺100m以上的柔塔機(jī)組5臺175m高度的柔塔機(jī)組已在芬蘭安裝運(yùn)行國內(nèi)：120-140m已有批量商業(yè)運(yùn)行業(yè)績截至2017年底，國內(nèi)吊裝容量約690MW，占2017新增裝機(jī)容量3.5%，并網(wǎng)容量為211MW國內(nèi)廠商正在研發(fā)設(shè)計140m以上的機(jī)組全鋼柔塔現(xiàn)狀國內(nèi)：全鋼柔塔現(xiàn)狀風(fēng)能協(xié)會發(fā)布高塔調(diào)研報告北京鑒衡認(rèn)證中心，正在編制柔塔機(jī)組技術(shù)規(guī)范北京鑒衡認(rèn)證中心，詳細(xì)認(rèn)證（定模糊的內(nèi)容）柔塔技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)柔塔技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)全鋼柔塔技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)全鋼柔塔技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)剛塔剛、柔塔柔，重要表征量：塔架頻率頻率 降低頻率 降低加0.35Hz0.3Hz0.250.20.150.170 80 90 100 110 120 130 塔架高度m頻率降低，高度增加全鋼柔塔全鋼柔塔頻率降低高度增加塔架共振渦激振動塔頂擺幅低空急流運(yùn)輸安裝及維護(hù)全鋼柔塔—塔架共振全鋼柔塔—塔架共振頻率降低，高度增加全鋼柔塔全鋼柔塔頻率降低高度增加塔架共振渦激振動塔頂擺幅低空急流運(yùn)輸安裝及維護(hù)塔架共振：當(dāng)激振力的頻率和塔架固有頻率相近時，塔架發(fā)生共振3P1P3P1P激振力來源

0.80.7風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)頻率的3倍（3P）

0.60.4頻率（Hz）0.50.4頻率（Hz）風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)頻率（1P）

0.30.20.107 8 9 10 11 12 13 14 15 16風(fēng)輪轉(zhuǎn)速（rpm）Campbell圖（反應(yīng)激振力和系統(tǒng)固有頻率的關(guān)系，用以共振分析）塔架共振：當(dāng)激振力的頻率和塔架固有頻率相近時，塔架發(fā)生共振切入轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍切入轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍切出轉(zhuǎn)速（額定轉(zhuǎn)速）3P特剛塔筒頻率傳統(tǒng)剛塔頻率1P柔性塔筒頻率超柔塔筒頻率0.80.70.6頻率（Hz）0.5頻率（Hz）0.40.30.20.107 8 9 10 11 12 13 14 15 16風(fēng)輪轉(zhuǎn)速（rpm）柔塔的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速頻率（1P）與塔架一階固有頻率存在交點(diǎn)全鋼柔塔—塔架共振塔架共振：當(dāng)激振力的頻率和塔架固有頻率相近時，塔架發(fā)生共振全鋼柔塔—塔架共振切入轉(zhuǎn)速切出轉(zhuǎn)速切入轉(zhuǎn)速切出轉(zhuǎn)速（額定轉(zhuǎn)速）柔性塔筒頻率超柔塔筒頻率共振轉(zhuǎn)速11.3rpm某0.188Hz柔性塔架1P0.250.2頻率（Hz）0.15頻率（Hz）0.10.0507 8 9 10 11 12 13 14 15 16風(fēng)輪轉(zhuǎn)速（rpm）柔塔的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速頻率（1P）與塔架一階固有頻率存在交點(diǎn)，存在共振轉(zhuǎn)速全鋼柔塔—塔架共振規(guī)避措施全鋼柔塔—塔架共振規(guī)避措施Solution1——避開共振轉(zhuǎn)速：共振穿越技術(shù)共振轉(zhuǎn)速11.3rpm共振轉(zhuǎn)速11.3rpmSolution2——降低1P激勵：不平衡補(bǔ)償技術(shù)風(fēng)輪不平衡是機(jī)組1P的最主要的激勵源，隨著風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)周期性作用在機(jī)組上控制風(fēng)輪裝配的不平衡通過監(jiān)測塔頂振動加速度的能量水平，調(diào)節(jié)機(jī)組的葉片槳距角互差，抵消部分風(fēng)輪不平衡的影響，以期將不平衡的影響降到最低Solution3——增加阻尼：or軟件加阻振動硬件加阻——TMD（擺錘）阻，斜拉索軟件加阻——動效果（前后）形成抑制振動的扭矩效果（左右）全鋼柔塔—渦激振動全鋼柔塔—渦激振動全鋼柔塔頻率降低高度增加全鋼柔塔頻率降低高度增加塔架共振渦激振動塔頂擺幅低空急流運(yùn)輸安裝及維護(hù)渦激振動：風(fēng)吹塔筒形成的脫落渦頻率和塔架頻率相近時，塔架發(fā)生共振渦激振動：任何非流線型物體，在流體場中會在物體兩側(cè)交替地產(chǎn)生脫離結(jié)構(gòu)物表面的旋渦，旋渦會對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生交替的橫向作用力。當(dāng)結(jié)構(gòu)處在穩(wěn)定流速中，且流體產(chǎn)生的旋渦的激振頻率與結(jié)構(gòu)固有頻率接近時會在垂直于來流方向引起結(jié)構(gòu)橫向振動。這種規(guī)律性的柱狀體振動反過來又會改變其尾流的渦流脫落形態(tài)，惡化表面漩渦的脫離。這種流體-結(jié)構(gòu)物相互作用的現(xiàn)象，被稱作“渦激振動”渦激振動：風(fēng)吹塔筒形成的脫落渦頻率和塔架頻率相近時，塔架發(fā)生共振某140米柔塔一階振型一階頻率：0.16Hz

某140米柔塔二階振型二階頻率：0.93Hz

當(dāng)脫落渦頻率和塔架的一階頻率相近時，塔架發(fā)生一階渦激振動當(dāng)脫落渦頻率和塔架的二階頻率相近時，塔架發(fā)生二階渦激振動剛塔也會發(fā)生渦激振動吊裝時一階渦激振動

風(fēng)速（m/s）渦激EN1991-1-42005無機(jī)頭塔架風(fēng)速（m/s）渦激EN1991-1-42005無機(jī)頭塔架脫落頻率（0.18St）（Hz）10.04720.09530.14240.18950.23760.28470.33280.37990.426100.474110.521120.568130.616某柔塔不帶機(jī)頭的塔架的一階頻率在0.314-0.4Hz速在5-9m/s，需進(jìn)行避渦激振動措施經(jīng)過測算，該現(xiàn)象作用天，消耗機(jī)組1年的壽命吊裝時一階渦激振動在吊裝階段給上段的塔架附加擾流條工裝，破渦止振運(yùn)營時一階渦激振動風(fēng)速（m/s）EN1991-1-42005有機(jī)頭塔架的渦激脫落頻率（Hz）10.04720.0953風(fēng)速（m/s）EN1991-1-42005有機(jī)頭塔架的渦激脫落頻率（Hz）10.04720.09530.14240.18950.23760.28470.33280.37990.426100.474110.521120.568130.616某140m塔架的一階渦激振動最大單邊位移0.16m組安全性影響可接受，某140米柔塔疲勞損傷在E-4的量級，渦限載荷的9.5%風(fēng)速（m/s風(fēng)速（m/s）EN1991-1-42005渦激脫落頻率（0.18St（Hz）130.616140.663150.711160.758170.805180.853190.900200.947210.995221.042231.089241.137251.184261.232271.279281.326291.374

、偏航不對準(zhǔn)、切出風(fēng)速附近時易發(fā)生渦激振動引起的段階塔架振動（體現(xiàn)在相對頻繁、較高的塔頂振動加速度上），并耗塔架疲勞壽命某140m塔架的二階渦激振動最大單邊位移0.11m經(jīng)過測算，對于140m塔架，該現(xiàn)象每作用分鐘，相當(dāng)于消耗機(jī)組年積渦激振動約小時就會發(fā)生疲勞破壞運(yùn)營期二階渦激振動針對性的處理方案，如：增加空轉(zhuǎn)時的氣動阻尼、塔架中部加阻尼（如水箱）渦激振動由于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定相對模糊，部分廠家設(shè)計中未予以考慮目前鑒衡認(rèn)證，要求所有認(rèn)證的廠商進(jìn)行二階渦激振動的考慮二階渦激振動阻尼比與柔塔渦激振動疲勞損傷計算相關(guān)的參數(shù)中：尺寸、質(zhì)量、頻率和空氣密度等可以快速準(zhǔn)確獲得，振型通過有限元分析軟件獲得只有結(jié)構(gòu)阻尼比目前都通過測試得到根據(jù)某140柔塔，分析了不同阻尼比下渦激振動的損傷值，阻尼比降低60%，損傷增加32倍塔架損傷對阻尼比的變化非常敏感阻尼比??阻尼比??損傷D1%0.0331.5%0.00972.0%0.00322.5%0.0010.0350.030.0250.020.0150.010.005 0柔塔二階渦激振動在設(shè)計階段應(yīng)考慮合適的二階結(jié)構(gòu)阻尼參數(shù)，應(yīng)通過測試來獲得塔架真實(shí)的阻尼參數(shù)柔塔二階渦激振動在設(shè)計階段應(yīng)考慮合適的二階結(jié)構(gòu)阻尼參數(shù)，應(yīng)通過測試來獲得塔架真實(shí)的阻尼參數(shù)全鋼柔塔—塔頂擺幅全鋼柔塔—塔頂擺幅規(guī)避措施和避共振措施相似：塔架加阻全鋼柔塔頻率降低全鋼柔塔頻率降低高度增加塔架共振渦激振動塔頂擺幅低空急流運(yùn)輸安裝及維護(hù)全鋼柔塔—低空急流全鋼柔塔—低空急流全鋼柔塔頻率降低高度增加全鋼柔塔頻率降低高度增加塔架共振渦激振動塔頂擺幅低空急流運(yùn)輸安裝及維護(hù)低空急流：某些高度層的風(fēng)速急速上升發(fā)生在距地表100米到200米常規(guī)測風(fēng)塔的觀測高度無法有效觀測

現(xiàn)階段規(guī)避措施：增加柔塔風(fēng)剪切的要求 參考文獻(xiàn)：北京夏季夜間低空急流特征觀測分析，李炬，舒文軍全鋼柔塔—運(yùn)輸安裝及維護(hù)全鋼柔塔—運(yùn)輸安裝及維護(hù)全鋼柔塔頻率降低高度增加全鋼柔塔頻率降低高度增加塔架共振渦激振動塔頂擺幅低空急流運(yùn)輸安裝及維護(hù)整體難度，相對加大安裝：需要更大型的吊裝設(shè)備。大型的設(shè)備，對場址道路要求更高。維護(hù)：爬升困難，安裝助爬器、電梯等因塔架變形更大帶來更高的要求。全鋼柔塔技術(shù)風(fēng)險點(diǎn)全鋼柔塔技術(shù)風(fēng)險點(diǎn)整體來看，柔塔的主要技術(shù)難點(diǎn)不在塔架本身，而在其整機(jī)的控制設(shè)計上。通過認(rèn)證的機(jī)組，就能在特定場址放心大膽的用嗎？特定場址下，廠商是否確保機(jī)組的安全運(yùn)行？？？數(shù)信息與認(rèn)證機(jī)組一致或覆蓋，以確保機(jī)組運(yùn)行的安全運(yùn)行?。。“咐咐偨Y(jié)總結(jié)增加塔架高度這么簡單，