一、立項(xiàng)背景

　　我國風(fēng)能資源豐富區(qū)主要分布的“三北”地區(qū)，近年來“棄風(fēng)限電”現(xiàn)象越來越嚴(yán)重，風(fēng)電發(fā)展重點(diǎn)需向用電需求更大的東部和南方低風(fēng)速區(qū)域轉(zhuǎn)移。為了充分開發(fā)低風(fēng)速、超低風(fēng)速區(qū)域的風(fēng)電資源，增高塔架高度增大輪轂處風(fēng)速是重要方法之一。

　　現(xiàn)階段，國內(nèi)風(fēng)電塔架的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)為全鋼制塔架，這種塔架在高度超過90m以上時(shí)振幅較大、頻率變低，呈現(xiàn)出低頻大振幅的“柔性”特點(diǎn)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)與風(fēng)電機(jī)組發(fā)生共振，對機(jī)組運(yùn)行造成嚴(yán)重安全影響，大振幅造成機(jī)頭“點(diǎn)頭”的現(xiàn)象也會(huì)造成發(fā)電機(jī)水平軸發(fā)生夾角，葉片的設(shè)計(jì)受風(fēng)面發(fā)生夾角，易損失發(fā)電量。此外，90m以上風(fēng)電塔架所受載荷較大，底部直徑也大。傳統(tǒng)全鋼制塔架由于整體卷軋成型、整體運(yùn)輸，會(huì)超過我國公路規(guī)定的“4.5m的道路限高及限寬”的要求，無法運(yùn)輸。因此，傳統(tǒng)全鋼制塔架無法解決我國低風(fēng)速區(qū)域的發(fā)電問題。

　　混合塔架指的是采用鋼材與混凝土材料組合的新型預(yù)應(yīng)力混合式風(fēng)電塔架，鋼材與混凝土結(jié)合的新型預(yù)應(yīng)力混合式風(fēng)電塔架是當(dāng)前世界最先進(jìn)的解決高塔架設(shè)計(jì)的方案之一，其具有很多優(yōu)勢：阻尼特性和吸能效果好、抗沖擊和抗疲勞性能優(yōu)越、耐腐蝕和耐久性良好、并且該塔架不僅可以在現(xiàn)場施工減少運(yùn)輸成本和吊裝成本，還在可以在工廠預(yù)制生產(chǎn)，分片分段運(yùn)輸、現(xiàn)場裝配，解決了傳統(tǒng)鋼制塔架所遇到的問題并能解決一般混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場施工產(chǎn)生的粉塵污染、噪音污染、水電浪費(fèi)等建筑污染問題。

　　二、研究內(nèi)容

　　本項(xiàng)目研究包括140m超高風(fēng)力發(fā)電鋼混塔架的整機(jī)載荷設(shè)計(jì)計(jì)算、總體設(shè)計(jì)、鋼塔架段設(shè)計(jì)和塔筒內(nèi)附件設(shè)計(jì)、混凝土段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)以及項(xiàng)目的應(yīng)用推廣等。項(xiàng)目以關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)為目標(biāo)，建立了140m鋼混塔架的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸、吊裝、測試驗(yàn)證各環(huán)節(jié)的技術(shù)與工藝，并配合產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目進(jìn)行了工程應(yīng)用嘗試和驗(yàn)證。在此基礎(chǔ)上，積累了大量的開發(fā)與應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。本項(xiàng)目完成了項(xiàng)目預(yù)期目標(biāo)，完成對140m混合塔架關(guān)鍵技術(shù)的研究，在推進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)研究的同時(shí)已完成項(xiàng)目產(chǎn)業(yè)化，并對其中關(guān)鍵技術(shù)建立了相應(yīng)了自主設(shè)計(jì)能力。

　　本項(xiàng)目完成了55m預(yù)制混凝土段的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和吊裝工作。同時(shí)對風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)形式、預(yù)制裝配式節(jié)點(diǎn)拼裝工藝、預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)模具、體內(nèi)預(yù)應(yīng)力索孔道精確生產(chǎn)和定位工藝等進(jìn)行了創(chuàng)新性的研究。在實(shí)際應(yīng)用過程中，取得了很好的效果，提高了施工質(zhì)量，縮短了工期。

模具現(xiàn)場拼裝圖

預(yù)應(yīng)力孔道精確對位工藝圖

　　三、關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新點(diǎn)

　　本項(xiàng)目開發(fā)的140米風(fēng)力發(fā)電混合塔架，實(shí)現(xiàn)了低風(fēng)速高切變地域風(fēng)力資源的高效利用。本項(xiàng)目成果風(fēng)力發(fā)電混合塔架采用55米預(yù)制裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)和85米鋼制塔架結(jié)構(gòu)形式，優(yōu)化了塔架的剛度，提高了抗疲勞性能以及運(yùn)行的穩(wěn)定性。本項(xiàng)目研發(fā)的平板式空心基礎(chǔ)、塔架與基礎(chǔ)的連接方式、預(yù)制裝配節(jié)點(diǎn)拼接工藝、大直徑高精度的模具、新型現(xiàn)場拼裝平臺(tái)、監(jiān)測手段和監(jiān)測方案，有效提高了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量，降低了施工周期和施工成本。

　　四、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益

　　截止2018年12月15日，北京天杉高科風(fēng)電科技有限責(zé)任公司混塔訂單數(shù)量109.7萬千瓦，共計(jì)527臺(tái)，已經(jīng)完成吊裝154臺(tái)、并網(wǎng)運(yùn)行92臺(tái)，其中100米混塔完成吊裝67臺(tái)，120米完成吊裝110臺(tái)，140米完成吊裝38臺(tái)。該技術(shù)在江蘇高郵東部風(fēng)電場、河南天潤滑縣金堤風(fēng)場等多個(gè)工程應(yīng)用，取得顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

　　鋼混塔架在風(fēng)場建設(shè)當(dāng)?shù)亟⒒炷了差A(yù)制場地，鋼筋、混凝土、預(yù)應(yīng)力索、其它鋼埋件等用量較大，不僅增加當(dāng)?shù)貏趧?wù)就業(yè)，增加當(dāng)?shù)卣愂?，還能帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，包括整機(jī)研發(fā)與制造、零部件研發(fā)與制造、技術(shù)服務(wù)、技術(shù)咨詢，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。而且，風(fēng)電場可以開發(fā)成為城市周邊的旅游資源，豐富居民的日常生活。

　　通過鋼混塔架的研發(fā)，可以極大降低現(xiàn)有低風(fēng)速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的投資，促進(jìn)低風(fēng)速地區(qū)風(fēng)電行業(yè)和建筑建材及相關(guān)設(shè)計(jì)咨詢行業(yè)的發(fā)展。由于風(fēng)力發(fā)電綠色環(huán)保，如果按投產(chǎn)75萬千瓦機(jī)組推算，可發(fā)電16.5億kWh，相當(dāng)節(jié)省燃煤60萬噸，減少溫室氣體二氧化碳排放102萬噸，減排有害氣體二氧化硫852噸，氮氧化物6102噸，煙塵7332噸，環(huán)保作用十分明顯。

　　五、總結(jié)

　　本項(xiàng)目成果形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的140米風(fēng)力發(fā)電混合塔架的成套關(guān)鍵技術(shù)，已獲得實(shí)用新型專利4項(xiàng)，申請發(fā)明專利4項(xiàng)，編制企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)4項(xiàng)，為我國充分開發(fā)低風(fēng)速、超低風(fēng)速區(qū)域的風(fēng)電資源提供了一種可靠技術(shù)。

　　本項(xiàng)目促進(jìn)風(fēng)電塔架產(chǎn)業(yè)鏈的綠色升級和產(chǎn)品設(shè)計(jì)升級，引領(lǐng)風(fēng)電塔架的設(shè)計(jì)技術(shù)變革和預(yù)應(yīng)力技術(shù)、預(yù)制裝配式技術(shù)的升級。帶動(dòng)建筑行業(yè)和鋼鐵行業(yè)向多元化轉(zhuǎn)型，推動(dòng)高科技含量的綠色預(yù)制構(gòu)件產(chǎn)業(yè)發(fā)展，為中國城市邁向世界一流的綠色環(huán)保城市添磚加瓦。

140m混合塔架吊裝圖