【科普】国内高塔筒机组还能开发多久?

发表于讨论求助 2023-05-18 23:00:13

最近各家都推出了120米以上的高塔筒，无论是柔性的钢塔，还是刚性的混塔，高塔筒俨然已经成了继大叶片之后的另一项重要技术。偶尔听业内朋友说到高塔筒是另一个技术趋势，因为国外已经发展到了165米的高度，所以国内的发展指日可待。

但事实究竟是不是这样呢？国内追求高塔筒只是在赶时髦吗？错！以下就借之前的一些分析再和大家讨论一下这个问题。

经济性是关键

确定是否采用较高的塔筒高度，主要还是取决于经济效益，提高塔筒高度必然导致塔筒和基础的成本增加，那么提高塔筒带来的发电量的提升就需要效果更加明显，才可以使得机组最终的经济效益变好。

通常来说，在风切变大于0.15以上，采用较高的塔筒高度经济效益会提高；而风切变小于0.05～0.08左右时，采用较低的塔筒高度经济效益会更明显改善；而当风切变处于0.08～0.15之间时，改变塔筒高度对经济效益的影响不明显，因而通常倾向于采用较低的塔筒高度。

风切变的影响因素

风切变是在地表摩擦力的作用下，不同高度的风速所表现出的随高度降低逐渐较弱的趋势，风切变的程度通常用风切变指数来衡量。

其影响因素则主要有：微观地形、地表粗糙度、大气稳定度3个方面。

1、微观地形。对于复杂地形风场，风切变受微观地形的影响较大，在山脊顶部通常风切变较小，甚至会出现负切变的现象。而对于简单地形风场，风切变通常则会略大。

2、地表粗糙度。地表粗糙度主要受地表的地貌、植被等影响，在荒漠化严重的地区，风切变通常较小；而在绿化程度较高、森林覆盖面积较大的地区，风切变则会偏大。

3、大气稳定度。地表附近温度较低时，大气趋向于稳定；反之在地表附近温度较高时则趋向于不稳定；而在温度适中时，大气稳定度为中性。

在大气处于不稳定状态时，不同高度的风速之间动量交换程度很高，风切变指数较小；相反，在大气处于稳定状态时，不同高度的风速之间动量交换程度较弱，风切变指数较大（此时的风切变主要受地形因素的影响）。

为什么欧洲要提高塔筒高度

首先，地形较为简单。虽然近年来欧洲风场也逐渐由简单地形向中等复杂地形发展，但总体来说，与国内风场的复杂程度是没法比的，所以在微观地形方面不会对风切变有显著的降低作用。

欧洲风电场

其次，植被比较茂密。一方面，茂密的植被可以提高地表粗糙度，使得初始的风切变提高；另一方面，植被的蒸腾作用可以带走大量的地表热量，使得大气趋向于稳定，而保持风切变不被减弱。

Nordex安装世界最高风电机组（轮毂高度164m）

其次，欧洲纬度较高。欧洲大部分地区的纬度都要高于北京，全年大部分时间地表温度不会太高，而且在北欧地区还会出现极昼和极夜现象，也会使得地表温度倾向于较低水平，大气稳定度趋向于稳定，进一步维持风切变。

高塔筒是否适合国内风场

对于这个问题，我们用排除法，微观地形复杂的地区、荒漠化严重的地区都不符合，这样就基本排除了西北地区和（以云南贵州为代表的）复杂地形地区。其他地区适用高塔筒的可能性存在，但还要对风场的周边环境进行具体分析，并结合测风数据进行判断。

由于具有平坦的地形与完好的植被，所以国内目前正在大规模开发的简单地形低风速市场具有风切变较大的特征，因而有力地推动了高塔筒机组在国内市场的发展，但目前也出现了土地调规困难的问题，未来一旦回归三北市场，高塔筒机组的适用能力就将减小。

当然，对于东北的平原地区，高塔筒也还是有优势的，但只要涉及到基本农田的问题，困难和目前的简单地形低风速市场如出一辙，这些归根结底还是受国家土地政策的影响决定的。