目前，我国风电发展已进入稳步增长及结构调整期。随着国家大力扶持可再生能源政策的相继出台及电网、发电侧的建设投资和技术进步，2015年全国风电发电量1860亿千瓦时左右，相比2014年的1540亿左右增长了20%，而全社会用电量仅微增0.5%，电网消纳风电能力明显增长，化石能源消耗进一步压缩。同时，随着风电装机的快速增长，弃风问题更加突出：2015年全国弃风电量339亿千瓦时，全国平均弃风率达到15%；今年一季度弃风率26%，其中高风速的"三北"地区接近40%。风电参加交易后，上网电价大幅下降，收益减少，风电健康发展形势严峻。

　　低风速区面临的主要问题

　　对比"三北"地区弃风严重的形势，中东部及南部地区风电发展趋势看好，利用小时数高的风场在福建、云南等地出现，由于更接近负荷中心，不需要远距离输送，消纳市场大，不存在弃风现象，国家已出台相关政策支持上述地区的低风速风场发展。

　　然而对于年均风速低于6.5米/秒（70米高）的中东部及南部，如何努力提高对较低速度风能的利用率，是目前业内非常关心的问题。

　　低风速地区年均风速低于6.5米/秒（70米高），常规风机的发电量只有高风速地区的一半到3/4，缺乏投资吸引力。低空湍流大、风况偏差大，设备承受的载荷明显增加。地形复杂，大件运输困难，从而引起建设及运维成本高、投资回报率低。

　　低风速风机的重要技术手段

　　第一，增大风轮直径。增大风轮直径也就增加了叶片的扫掠面积，测算表明，从风中获得的能量与叶片扫掠面积及风功率密度密切相关，对于2兆瓦风机来说，为获得同样的风能，叶片直径为100米的风机对应250瓦/平米的风功率密度，而叶片直径为120米的风机只需要180瓦/平米的风功率密度，也可以说，同样风功率密度时，大叶轮风机能获得更多的风能。

　　然而，根据贝兹极限理论，风能不可能被全部获得，否则风将静止。同时，叶片直径增加有其极限，过大的直径将会导致成本的很大增加及叶片尤其在垂直方向受力不均，风机载荷增加，成本过大，寿命减少。

　　第二，增高塔筒。以100米为界，大气边界层分为普朗特层和埃克曼层，低于100米为普朗特层，高于100米为埃克曼层。普朗特层一般受地表影响较大，风速较低，湍流强烈，疲劳强度较大，影响到风机的寿命。风机在强湍流下，叶片受力不均，传导到主轴轴承、齿轮箱和发电机，引起机械损害增加。现有的风力发电机轮毂高度一般都低于100米。

　　在埃克曼层，风速会升高，湍流更小。举一个中国中部的例子：在70米高空风速为5.06米/秒，则120米高空为5.62米/秒，风速增加11%，对应年发电量能增加33%。增高塔筒后，由于湍流减小，叶片受力相对均匀，延长了机组疲劳寿命。另外，由于高空风能增加，风机利用小时数提高，相应减少了发电的波动性，电网更易于接纳，因而增高塔架高度是在低风速地区获得更多风能的有效技术手段。

　　混合塔架技术的经济性

　　典型的混合塔架上半部分是标准钢筒，下半部分是优质的预制混凝土塔架。混凝土部分每一段高度可以调整，由多片预制板材拼合而成，组合方式也可以调整。每一段混凝土塔筒首尾衔接起来。为增加混凝土塔身的抗拉性能，整体再通过预应力钢缆与地基相固定。混凝土部分的顶端通过一个接合器连接上半部分的钢筒。这一设计已经把塔架建到了160米，如果吊装条件允许甚至可以建到200米以上。另外也可以根据不同成本估算的需求把增高型塔架设计为全预制混凝土塔架，这种塔架已有建到140米的实例。

　　混合塔架由于采用不同材料制造，经过精确计算设计，塔架自振频率可调，可以避免与叶片的通过频率发生谐振，因而不用改变机组控制策略，其支撑刚度及抗疲劳性能提升。另外以水泥作为原材料的塔架价格更趋于稳定。

　　由于本地制造及分块运输，可以缩短运输半径，不需要超大运输车辆，无特别运输要求。预制混凝土塔架的预制板可以在室内批量生产，生产效率高，质量的一致性可以把控。

　　虽然增高塔架高度增加了原材料使用及基础的投入，但由于塔架成本占整体风电项目投资的比例约16%，故对整场投资影响不大。经实际测算，90-100米时混合塔架与纯钢塔架成本基本相当。在中国，120米的纯钢塔架和上钢下混塔架相比，混合塔架的成本可降低30%左右，而且使用混合塔架后年发电量最大可增加50%左右。例如，塔架的高度由70米增加至120米以后，塔架的材料成本以及吊装成本增加了300万元，但年发电小时数增加了600小时，用3类风场的电价计算，可以增收1800万元（20年，2.5兆瓦的风机），则每台混合塔架净增收入1500万元，一个风电场则增加收入3亿元（20年，20台2.5兆瓦风机）。

　　（奥云）