新型模塊化風(fēng)力發(fā)電機塔架設(shè)計

    由于風(fēng)機建造成本、運輸費和安裝成本的不斷上升，而風(fēng)機塔架80米的局限性又限制了大型風(fēng)機的潛力，開發(fā)人員正試圖研發(fā)更高、更有效的新型塔架。
   風(fēng)力發(fā)電機采用更高的塔架將有效地提高電力生產(chǎn)能力。如在目前2到3MW的風(fēng)力發(fā)電機上如果采用80m高的塔架，可以比采用60m塔架的風(fēng)機具有更大的電力生產(chǎn)能力，另一方面，更高的塔架還可使大型的風(fēng)機進(jìn)入市場。同時，高塔架使得風(fēng)機葉片處于較平穩(wěn)的氣流中，降低風(fēng)機的疲勞和磨損。
    當(dāng)然，建造更高的塔架意味著增加相關(guān)的成本，同時制造商還得仔細(xì)考慮開發(fā)新型塔架的投資成本是否合理，相關(guān)的投資和增加的成本需要風(fēng)機運行的前5到8年內(nèi)收回。
    在美國中西部地區(qū)65m處的平均風(fēng)速為7m/s，則安裝在80m處的2.5MW風(fēng)機輸出為每年820萬kW/hr。如果將塔架高度增加高度到100m，風(fēng)機輸出電力可達(dá)到每年100萬kW/hr。在電力價格為每千瓦時0.06美元的情況下，增加塔架高度20m可以獲得每年6萬美元的額外收入，雖然可能并不是很多，但這給開發(fā)者提供了一種調(diào)整成本的方式。
    在美國常規(guī)的100m風(fēng)機塔成本較高，而且在許多情況下，成本幾乎是80m塔架的一倍。這還不包括高昂的塔架組件運輸成本。因此僅僅增加塔架柱體和焊接鋼管的高度未必是最具成本效益的方法。風(fēng)機制造商也繼續(xù)進(jìn)行評估測試新的替代塔架，預(yù)計在未來幾年內(nèi)將成為開發(fā)商購買的選擇之一。
    Northstar公司設(shè)計了一種模塊化塔架，這種可在現(xiàn)場安裝的塔架能有效解決交通運輸限制的問題。該設(shè)計通過增加塔架的板體來增加塔架直徑和高度。由此也可以采用更薄的塔架材料，提高鋼材使用率，從而降低成本和重量。新型塔架安裝的法蘭與常規(guī)塔架使用相同的標(biāo)準(zhǔn)，在塔架頂部和底部的法蘭可以采用常規(guī)的接口與風(fēng)機和基礎(chǔ)連接。而塔架底部增加的直徑使得地基建設(shè)面積寬度更大，同時整個地基不必挖得很深，減少了傳統(tǒng)塔架地基中昂貴的埋地封環(huán)。
    模塊化的塔架需要在豎立起來之前進(jìn)行裝配。采用橋梁和高層建筑建造中經(jīng)常使用的摩擦式連接方法進(jìn)行塔架現(xiàn)場安裝。塔架板體結(jié)構(gòu)以及采用摩擦式插銷連接方法，使得裝配焊接工藝過程只需傳統(tǒng)塔架安裝的10％到15％。除了可以進(jìn)一步降低制造時間和成本，采用摩擦式連接的另一個好處是，因為安裝張緊過程不是通過力矩實現(xiàn)，張緊工具可以不必進(jìn)行校準(zhǔn)，減少安裝過程中發(fā)生錯誤的風(fēng)險。在外觀上，Northstar的塔架仍然是圓筒狀，與目前使用的管狀塔架類似，僅僅是外側(cè)多了模塊連接的刻度。 
    運輸問題也是風(fēng)機大型化快速發(fā)展的制約因素之一，而采用模塊化塔架則可以通過標(biāo)準(zhǔn)的拖車進(jìn)行運輸。塔架底層部分在現(xiàn)場進(jìn)行裝配，而頂層部分可以預(yù)先裝配好后進(jìn)行運輸。模塊化塔架的運輸成本僅為同類傳統(tǒng)管狀塔架的25％－35％。
    這種更高的塔架能讓開發(fā)商、風(fēng)電場業(yè)主獲得更大的利益，同時提高風(fēng)機尺寸和發(fā)電量，促進(jìn)整個風(fēng)電產(chǎn)業(yè)持續(xù)增長。