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　　一、立項背景

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

　　現(xiàn)階段，國內風電塔架的傳統(tǒng)結構為全鋼制塔架，這種塔架在高度超過90m以上時振幅較大、頻率變低，呈現(xiàn)出低頻大振幅的“柔性”特點，嚴重時會與風電機組發(fā)生共振，對機組運行造成嚴重安全影響，大振幅造成機頭“點頭”的現(xiàn)象也會造成發(fā)電機水平軸發(fā)生夾角，葉片的設計受風面發(fā)生夾角，易損失發(fā)電量。此外，90m以上風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、整體運輸，會超過我國公路規(guī)定的“4.5m的道路限高及限寬”的要求，無法運輸。因此，傳統(tǒng)全鋼制塔架無法解決我國低風速區(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應力混合式風電塔架，鋼材與混凝土結合的新型預應力混合式風電塔架是當前世界最先進的解決高塔架設計的方案之一，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)場施工減少運輸成本和吊裝成本，還在可以在工廠預制生產(chǎn)，分片分段運輸、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構現(xiàn)場施工產(chǎn)生的粉塵污染、噪音污染、水電浪費等建筑污染問題。

　　二、研究內容

　　本項目研究包括140m超高風力發(fā)電鋼混塔架的整機載荷設計計算、總體設計、鋼塔架段設計和塔筒內附件設計、混凝土段結構設計和試驗以及項目的應用推廣等。項目以關鍵技術研發(fā)為目標，建立了140m鋼混塔架的設計、生產(chǎn)、運輸、吊裝、測試驗證各環(huán)節(jié)的技術與工藝，并配合產(chǎn)業(yè)化項目進行了工程應用嘗試和驗證。在此基礎上，積累了大量的開發(fā)與應用經(jīng)驗。本項目完成了項目預期目標，完成對140m混合塔架關鍵技術的研究，在推進關鍵技術研究的同時已完成項目產(chǎn)業(yè)化，并對其中關鍵技術建立了相應了自主設計能力。

　　本項目完成了55m預制混凝土段的設計、生產(chǎn)和吊裝工作。同時對風機基礎形式、預制裝配式節(jié)點拼裝工藝、預制裝配式結構模具、體內預應力索孔道精確生產(chǎn)和定位工藝等進行了創(chuàng)新性的研究。在實際應用過程中，取得了很好的效果，提高了施工質量，縮短了工期。

模具現(xiàn)場拼裝圖

預應力孔道精確對位工藝圖

　　三、關鍵技術和創(chuàng)新點

　　本項目開發(fā)的140米風力發(fā)電混合塔架，實現(xiàn)了低風速高切變地域風力資源的高效利用。本項目成果風力發(fā)電混合塔架采用55米預制裝配式預應力混凝土結構和85米鋼制塔架結構形式，優(yōu)化了塔架的剛度，提高了抗疲勞性能以及運行的穩(wěn)定性。本項目研發(fā)的平板式空心基礎、塔架與基礎的連接方式、預制裝配節(jié)點拼接工藝、大直徑高精度的模具、新型現(xiàn)場拼裝平臺、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)質量，降低了施工周期和施工成本。

　　四、經(jīng)濟和社會效益

　　截止2018年12月15日，北京天杉高科風電科技有限責任公司混塔訂單數(shù)量109.7萬千瓦，共計527臺，已經(jīng)完成吊裝154臺、并網(wǎng)運行92臺，其中100米混塔完成吊裝67臺，120米完成吊裝110臺，140米完成吊裝38臺。該技術在江蘇高郵東部風電場、河南天潤滑縣金堤風場等多個工程應用，取得顯著的社會經(jīng)濟效益。

　　鋼混塔架在風場建設當?shù)亟⒒炷了差A制場地，鋼筋、混凝土、預應力索、其它鋼埋件等用量較大，不僅增加當?shù)貏趧站蜆I(yè)，增加當?shù)卣愂?，還能帶動相關產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，包括整機研發(fā)與制造、零部件研發(fā)與制造、技術服務、技術咨詢，促進經(jīng)濟發(fā)展。而且，風電場可以開發(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)有低風速風力發(fā)電機組的投資，促進低風速地區(qū)風電行業(yè)和建筑建材及相關設計咨詢行業(yè)的發(fā)展。由于風力發(fā)電綠色環(huán)保，如果按投產(chǎn)75萬千瓦機組推算，可發(fā)電16.5億kWh，相當節(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

　　本項目成果形成了具有自主知識產(chǎn)權的140米風力發(fā)電混合塔架的成套關鍵技術，已獲得實用新型專利4項，申請發(fā)明專利4項，編制企業(yè)標準4項，為我國充分開發(fā)低風速、超低風速區(qū)域的風電資源提供了一種可靠技術。

　　本項目促進風電塔架產(chǎn)業(yè)鏈的綠色升級和產(chǎn)品設計升級，引領風電塔架的設計技術變革和預應力技術、預制裝配式技術的升級。帶動建筑行業(yè)和鋼鐵行業(yè)向多元化轉型，推動高科技含量的綠色預制構件產(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