風力發電產業中混合式塔架和柔性塔架有什麼不同？

核心概念概覽

深入分析

1.混凝土混合塔（混合塔）

混合塔是「鋼筋混凝土+鋼材」的組合結構。通常，下部約2/3由鋼筋混凝土構成（採用預製構件或滑模成型技術），而上部則是與機艙連接的傳統鋼塔。

它如何解決共振問題：
渦輪機的旋轉會產生兩個主要的激勵頻率：1P（轉子速度）和3P（轉子速度提高3倍，例如來自塔影等效果）。混合塔的巨大質量和剛度使其第一固有頻率以上這3P頻率在正常運作期間（即在「剛性/剛性-剛性」區域），這確保了渦輪機的運行範圍不會激發塔架的基頻共振，從而減少了控制系統所需的補償複雜度。

優缺點背後的邏輯：

優點：穩定性：它的「剛度」意味著在風中擺動最小，從而實現穩定運行、減少機械磨損，並在其設計壽命內幾乎不需要維護。

缺點：重量：運輸混凝土構件需要專用車輛，對道路和橋樑的寬度、承重能力和轉彎半徑都有很高的要求。這在山區往往難以實現。巨大的重量也需要更大、更堅固的基礎，從而增加土木工程的成本和工期。

2. 柔性鋼塔（柔性塔/軟塔）

柔性塔架採用全鋼結構，但其設計概念與傳統的剛性鋼塔架截然相反。它們是特意製造的。靈活的使用更輕更薄的牆體材料。

它如何解決共振問題：
柔性塔的第一固有頻率設計為低於渦輪機的1P頻率（即，在「軟/軟-軟」區域）。這意味著渦輪機的轉子速度必須超過透過在啟動和關閉過程中會出現這個共振點。為了解決這個問題，它高度依賴先進的渦輪控制系統控制器必須迅速加速通過共振轉速，並在正常運作期間採用主動阻尼演算法。這些演算法不斷調整發電機扭矩和葉片槳距，以主動抵消塔架的前後運動，防止振動放大。

優缺點背後的邏輯：

優點：輕便：輕量化意味著材料用量減少，從而帶來顯著的成本優勢，尤其對於超高層塔架而言。分段運輸也更加靈活。

缺點：控制依賴性：其安全性取決於控制系統的精確度和可靠性。演算法缺陷或感測器故障可能導致不受控制的共振。此外，塔頂在大風中可能會擺動超過一米，這在某些天氣條件下會妨礙維護工作，並可能給機艙內的人員帶來不適。

摘要與選集

混合塔和柔性塔之間的選擇是一個複雜的問題。技術經濟決策基於具體項目條件：

選擇混合塔的情況：位於地勢平坦、交通基礎設施良好且靠近混凝土攪拌站的地區；專案優先考慮高可靠性，並願意為穩定的性能支付更高的運輸和基礎成本。

在以下情況下選擇柔性塔：目標是實現最低的平準化能源成本 (LCOE)，適用於高度非常高的樞紐站（>140 公尺），位於運輸物流具有挑戰性的地區（山區），或土壤條件不太理想（允許較小的地基）。

目前，柔性塔因其成本和物流優勢，在超高層塔（>160公尺）市場佔據主導地位。混合塔在特定市場（例如中國中部/東南部平原地區）和應用領域仍具有競爭力。兩種技術都在不斷發展，混合塔正朝著更輕的預力模組化設計方向發展，而柔性塔則採用日益複雜可靠的控制策略。