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這兩天，一篇討論塔筒類型的文章引起了業內的關注。對于“高塔”未來的技術路線，以及“柔塔”的來龍去脈，且聽小編慢慢道來……
在“3060目標”的指引下，全國各地都掀起了一股新能源投資熱潮。陸上風電一直是新能源的主戰場，但近年來，戰斗在第一線的風電開發人員明顯感覺到，受制于環保等因素，“找地”越來越難了。開發商不得不把目光放到了前幾年“看不上”的低風速地區。
為了在低風速地區保障風機的發電量，讓不可行的項目變為“可行”，加長風機葉片，并抬升輪轂高度捕獲更多的風能成為行業追求的風向。
陸上風電瓶頸何在？
下圖為中國氣候中心朱蓉老師分析顯示的因為技術突破所帶來的全國風電新增可開發區域（粉紅色區域）。通過進一步調研分析，針對30m及以上高度的剪切值，發現超過0.2的區域主要集中于蘇北平原與安徽東部，距離海岸線10km范圍向內陸延伸至洪澤湖一帶，面積約3.28萬平方公里；山東省西北部至河北省南部平原、天津和冀東平原一帶，約5.5萬平方公里，開發前景廣闊。可以說除去長葉片，高塔筒技術為風電行業帶來前景無限。
歐洲地區對高塔筒的應用較為普遍，目前全球最高的塔筒記錄也由歐洲國家保持。其中，世界上最高的全鋼制塔架風機在風電巨頭Vestas芬蘭開發的Viinam?ki風電項目中安裝使用，塔架采用全新“斜拉式”風機塔架技術。
目前世界上最高的塔架記錄由位于德國斯圖加特Gaildorf的Max Bgl 風場創造。風場安裝4臺GE 3.4-137風機，輪轂高度178米，上部是鋼制塔筒，下部是40米高的抽水蓄能混凝土基礎。
那么問題來了，升高塔筒增加的發電收入是否能覆蓋增加的成本呢？一般來說，90米的傳統塔筒重量約300噸，而120米的傳統塔筒重量則接近600噸，可想而知140米的傳統塔筒在這非線性的增長下會達到什么重量。尋求經濟可靠的高塔筒形式成為當下行業的“痛點”。
高塔筒分類
全球范圍內高塔筒技術已研制多年，具有多種技術路線，比如全鋼柔性塔架、混凝土塔架、鋼混塔架、桁架結構塔架、斜拉索結構塔架等。經過多年的發展，現在有較多應用的有全鋼柔性塔筒、混凝土結構（全混和半混均有批量應用）、桁架結構。各種主要路線的對比介紹如下。
1、全鋼柔性塔筒
全鋼柔性塔筒是指通過智能控制技術突破頻率對塔架設計的約束，大幅降低塔架的用鋼量，整機頻率低于風輪一倍轉頻的全鋼高塔筒。最早在1982年便有成熟的應用。
一般設計要求塔架的自然頻率要顯著高于風機的風輪轉動頻率，從而避免塔架的自然頻率和風機風輪的旋轉頻率相交而產生共振。柔性高塔架技術就是通過先進的控制算法，在塔架高度增加的情況下確保塔架的極限和疲勞強度滿足設計要求，但是不需要維持塔架的頻率必須顯著高于風機的風輪旋轉頻率的約束條件，這可以顯著降低塔架成本。
1982年，NASA旗下的United Technology就研發出了全球首臺采用柔塔的風機——WTS-4。
全球首臺采用柔塔的風機——WTS-4
采用柔塔的遠景能源分布式風電項目
全鋼柔性塔筒
優點
經濟性好。相較于其它技術路線，柔性設計使得用鋼量大幅降低。
生產制造運輸工藝成熟。柔性塔筒的外形結構與傳統塔架并無區別，所以生產制造質量能夠充分保障，供應鏈也很成熟，同時因為外徑保持常規塔筒的設計，運輸也非常的方便。
吊裝效率高。圓錐鋼塔筒的吊裝工藝已經非常成熟，而柔性塔筒與常規塔筒的吊裝工藝差別不大，熟練工和設備市場存量豐富，所以柔性塔筒的吊裝效率和現場吊裝質量可以得到保證。相比于鋼混塔筒、桁架式塔筒，柔塔的產業鏈已完全成熟。
缺點
柔性塔筒對控制技術的要求較高，一般廠家難以掌握。如果控制技術不佳，塔架可能與輪轂發生共振而引發事故。
應用業績
全球100m以上的柔性塔筒應用業績接近萬臺，最高達到166米，主要應用廠商集中在控制技術優異的一流風機廠家，比如維斯塔斯、歌美颯、西門子等，國內掌握該技術的廠家主要有遠景和金風。
2、混凝土結構塔筒
全球也有很多采用了混凝土結構的塔架設計，包括全混凝土塔架、半鋼半混凝土塔架、圓環結構混凝土預制塔架、方管結構混凝土預制塔架、現澆塔架等。
混凝土結構塔架
優點
結構剛度大，阻尼比高，相對穩定，對于控制技術的要求不高。同時保持剛度設計的前提下，材料成本提高不多。
缺點
現澆混凝土現場施工周期長；預制混凝土結構件現場施工工藝復雜，模具成本高，工廠預制運輸繁瑣，現場預制質量較難控制。
應用業績
歐洲地區因為鋼價很高所以應用較多，在南美地區因為基礎工業水平低因此業績也不少，全球總計各種不同結構形狀的超過120m混凝土結構塔架有過千業績。
3、桁架結構塔筒
進入高塔架時代，桁架結構效率高、剛度大，與傳統錐筒塔架相比用鋼量大大節省，又開始被應用。桁架結構也有因結構型式不同的細分，包括3腿結構、4腿結構、5腿結構，還有半筒半桁架結構等。
桁架結構塔架
優點
用鋼量節省，經濟性較好。桁架結構對于鋼材的利用效率高，如不考慮螺栓的維護，整體經濟性較好。目前桁架結構的設計廠家大多聲稱螺栓連接件是免維護設計。
結構剛度大，相對穩定。因為桁架結構底部跨距較大，整體結構剛度很大，因此機頭穩定性較好，對于控制要求不高。
運輸便利，用集裝箱就可以分批運送到機位處，在復雜山地，或者穿越村莊的小路會有較大的優勢。
缺點
現場安裝工序繁瑣，周期較長。螺栓的緊固工作量很大，如果是超過120m的設計，螺栓數量近萬，存在質量風險。
全生命周期維護工作存在風險。雖然現在大多桁架塔架的設計方都聲稱免維護，但是高塔架還沒有得到時間的驗證。
美觀性比較差，所以有些國家地區禁止采用該類設計。
同時爬塔舒適性較差。
應用業績
超過120m的高塔架全球裝機量200臺左右，大多集中在德國、美國和印度。因為現場人工消耗多，所以在歐洲的應用也沒有太廣，在印度比較容易被接受。國內目前有部分機構在探索，尚無成熟應用。
分片式：未來高塔新趨勢
隨著塔筒不斷升高，大直徑鋼塔陸上運輸的限制也需要解決，大直徑分片式技術可以使全鋼塔承載更大載荷和高度，并讓運輸問題迎刃而解，目前主要應用在陸上中低風速區域的高塔。
分片式在全球已有不少應用。2020年1月19日，維斯塔斯在河北省秦皇島市昌黎縣完成的162米高度V136-3.8MW風機即采用了分片式塔筒結構。
采用分片式塔筒結構的維斯塔斯V136-3.8MW風機
該技術早幾年已經運用在了維斯塔斯位于德國的166米高度機組上，使運輸更加方便。
另一個風電屆的傳奇公司Enercon也很早就啟用了分片式塔筒。塔筒鋼板通過螺栓連接進行組裝，形成一個類圓形的塔筒，這種形式下不用考慮大直徑法蘭的生產難題。
Enercon風機的分片式塔筒
據悉，天順風能股份有限公司在2014年就承接制造了大直徑分片式鋼制塔筒項目，其技術經理張華稱，2014年3月份，公司生產的大直徑分片式鋼制塔筒高度達到138米，用以滿足風電開發商的需求，提高低風速風區風機的發電量及效率。
大直徑鋼制塔筒增大了底部塔筒的直徑，能有效提高塔筒的載荷能力。直徑最大的底端塔筒將縱向分為3瓣，有利于運輸便利，到現場后再通過縱向法蘭組裝在一起。
分片式繼承了全鋼塔的一系列優勢，同時可實現輕量化，提高經濟性。高柔塔分片式的設計考驗主機廠的設計和全套解決方案能力，金風科技、遠景能源等廠家均有技術儲備。
“對于維斯塔斯、遠景、金風等高柔塔技術掌握比較好的，完全可以通過常規全鋼柔塔或全鋼分片來解決高塔高度增加的需求。”張華表示。
在“3060目標”的指引下，全國各地都掀起了一股新能源投資熱潮。陸上風電一直是新能源的主戰場，但近年來，戰斗在第一線的風電開發人員明顯感覺到，受制于環保等因素，“找地”越來越難了。開發商不得不把目光放到了前幾年“看不上”的低風速地區。
為了在低風速地區保障風機的發電量，讓不可行的項目變為“可行”，加長風機葉片，并抬升輪轂高度捕獲更多的風能成為行業追求的風向。
陸上風電瓶頸何在？
下圖為中國氣候中心朱蓉老師分析顯示的因為技術突破所帶來的全國風電新增可開發區域（粉紅色區域）。通過進一步調研分析，針對30m及以上高度的剪切值，發現超過0.2的區域主要集中于蘇北平原與安徽東部，距離海岸線10km范圍向內陸延伸至洪澤湖一帶，面積約3.28萬平方公里；山東省西北部至河北省南部平原、天津和冀東平原一帶，約5.5萬平方公里，開發前景廣闊。可以說除去長葉片，高塔筒技術為風電行業帶來前景無限。
歐洲地區對高塔筒的應用較為普遍，目前全球最高的塔筒記錄也由歐洲國家保持。其中，世界上最高的全鋼制塔架風機在風電巨頭Vestas芬蘭開發的Viinam?ki風電項目中安裝使用，塔架采用全新“斜拉式”風機塔架技術。
目前世界上最高的塔架記錄由位于德國斯圖加特Gaildorf的Max Bgl 風場創造。風場安裝4臺GE 3.4-137風機，輪轂高度178米，上部是鋼制塔筒，下部是40米高的抽水蓄能混凝土基礎。
那么問題來了，升高塔筒增加的發電收入是否能覆蓋增加的成本呢？一般來說，90米的傳統塔筒重量約300噸，而120米的傳統塔筒重量則接近600噸，可想而知140米的傳統塔筒在這非線性的增長下會達到什么重量。尋求經濟可靠的高塔筒形式成為當下行業的“痛點”。
高塔筒分類
全球范圍內高塔筒技術已研制多年，具有多種技術路線，比如全鋼柔性塔架、混凝土塔架、鋼混塔架、桁架結構塔架、斜拉索結構塔架等。經過多年的發展，現在有較多應用的有全鋼柔性塔筒、混凝土結構（全混和半混均有批量應用）、桁架結構。各種主要路線的對比介紹如下。
1、全鋼柔性塔筒
全鋼柔性塔筒是指通過智能控制技術突破頻率對塔架設計的約束，大幅降低塔架的用鋼量，整機頻率低于風輪一倍轉頻的全鋼高塔筒。最早在1982年便有成熟的應用。
一般設計要求塔架的自然頻率要顯著高于風機的風輪轉動頻率，從而避免塔架的自然頻率和風機風輪的旋轉頻率相交而產生共振。柔性高塔架技術就是通過先進的控制算法，在塔架高度增加的情況下確保塔架的極限和疲勞強度滿足設計要求，但是不需要維持塔架的頻率必須顯著高于風機的風輪旋轉頻率的約束條件，這可以顯著降低塔架成本。
1982年，NASA旗下的United Technology就研發出了全球首臺采用柔塔的風機——WTS-4。
全球首臺采用柔塔的風機——WTS-4
采用柔塔的遠景能源分布式風電項目
全鋼柔性塔筒
優點
經濟性好。相較于其它技術路線，柔性設計使得用鋼量大幅降低。
生產制造運輸工藝成熟。柔性塔筒的外形結構與傳統塔架并無區別，所以生產制造質量能夠充分保障，供應鏈也很成熟，同時因為外徑保持常規塔筒的設計，運輸也非常的方便。
吊裝效率高。圓錐鋼塔筒的吊裝工藝已經非常成熟，而柔性塔筒與常規塔筒的吊裝工藝差別不大，熟練工和設備市場存量豐富，所以柔性塔筒的吊裝效率和現場吊裝質量可以得到保證。相比于鋼混塔筒、桁架式塔筒，柔塔的產業鏈已完全成熟。
缺點
柔性塔筒對控制技術的要求較高，一般廠家難以掌握。如果控制技術不佳，塔架可能與輪轂發生共振而引發事故。
應用業績
全球100m以上的柔性塔筒應用業績接近萬臺，最高達到166米，主要應用廠商集中在控制技術優異的一流風機廠家，比如維斯塔斯、歌美颯、西門子等，國內掌握該技術的廠家主要有遠景和金風。
2、混凝土結構塔筒
全球也有很多采用了混凝土結構的塔架設計，包括全混凝土塔架、半鋼半混凝土塔架、圓環結構混凝土預制塔架、方管結構混凝土預制塔架、現澆塔架等。
混凝土結構塔架
優點
結構剛度大，阻尼比高，相對穩定，對于控制技術的要求不高。同時保持剛度設計的前提下，材料成本提高不多。
缺點
現澆混凝土現場施工周期長；預制混凝土結構件現場施工工藝復雜，模具成本高，工廠預制運輸繁瑣，現場預制質量較難控制。
應用業績
歐洲地區因為鋼價很高所以應用較多，在南美地區因為基礎工業水平低因此業績也不少，全球總計各種不同結構形狀的超過120m混凝土結構塔架有過千業績。
3、桁架結構塔筒
進入高塔架時代，桁架結構效率高、剛度大，與傳統錐筒塔架相比用鋼量大大節省，又開始被應用。桁架結構也有因結構型式不同的細分，包括3腿結構、4腿結構、5腿結構，還有半筒半桁架結構等。
桁架結構塔架
優點
用鋼量節省，經濟性較好。桁架結構對于鋼材的利用效率高，如不考慮螺栓的維護，整體經濟性較好。目前桁架結構的設計廠家大多聲稱螺栓連接件是免維護設計。
結構剛度大，相對穩定。因為桁架結構底部跨距較大，整體結構剛度很大，因此機頭穩定性較好，對于控制要求不高。
運輸便利，用集裝箱就可以分批運送到機位處，在復雜山地，或者穿越村莊的小路會有較大的優勢。
缺點
現場安裝工序繁瑣，周期較長。螺栓的緊固工作量很大，如果是超過120m的設計，螺栓數量近萬，存在質量風險。
全生命周期維護工作存在風險。雖然現在大多桁架塔架的設計方都聲稱免維護，但是高塔架還沒有得到時間的驗證。
美觀性比較差，所以有些國家地區禁止采用該類設計。
同時爬塔舒適性較差。
應用業績
超過120m的高塔架全球裝機量200臺左右，大多集中在德國、美國和印度。因為現場人工消耗多，所以在歐洲的應用也沒有太廣，在印度比較容易被接受。國內目前有部分機構在探索，尚無成熟應用。
分片式：未來高塔新趨勢
隨著塔筒不斷升高，大直徑鋼塔陸上運輸的限制也需要解決，大直徑分片式技術可以使全鋼塔承載更大載荷和高度，并讓運輸問題迎刃而解，目前主要應用在陸上中低風速區域的高塔。
分片式在全球已有不少應用。2020年1月19日，維斯塔斯在河北省秦皇島市昌黎縣完成的162米高度V136-3.8MW風機即采用了分片式塔筒結構。
采用分片式塔筒結構的維斯塔斯V136-3.8MW風機
該技術早幾年已經運用在了維斯塔斯位于德國的166米高度機組上，使運輸更加方便。
另一個風電屆的傳奇公司Enercon也很早就啟用了分片式塔筒。塔筒鋼板通過螺栓連接進行組裝，形成一個類圓形的塔筒，這種形式下不用考慮大直徑法蘭的生產難題。
Enercon風機的分片式塔筒
據悉，天順風能股份有限公司在2014年就承接制造了大直徑分片式鋼制塔筒項目，其技術經理張華稱，2014年3月份，公司生產的大直徑分片式鋼制塔筒高度達到138米，用以滿足風電開發商的需求，提高低風速風區風機的發電量及效率。
大直徑鋼制塔筒增大了底部塔筒的直徑，能有效提高塔筒的載荷能力。直徑最大的底端塔筒將縱向分為3瓣，有利于運輸便利，到現場后再通過縱向法蘭組裝在一起。
分片式繼承了全鋼塔的一系列優勢，同時可實現輕量化，提高經濟性。高柔塔分片式的設計考驗主機廠的設計和全套解決方案能力，金風科技、遠景能源等廠家均有技術儲備。
“對于維斯塔斯、遠景、金風等高柔塔技術掌握比較好的，完全可以通過常規全鋼柔塔或全鋼分片來解決高塔高度增加的需求。”張華表示。
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