高强度自密实预应力混凝土风电塔架产业化技术分析.docx

高强度自密实预应力混凝土风电塔架产业化技术分析［摘要］风力发电行业目前遇到两个发展瓶颈，其一，风力资 源丰富地区一般不缺电且电力送不出去，其二，经济发达地区缺电 而风力资源不好解决的方法是将风塔提高，利用高空的风资源解 决经济发达地区的风力发电问题，而采用高强度预应力混凝土塔架 是最优的选择［关键词］高强度预应力混凝土风电塔架高强度自密实预应力混凝土风电塔架（以下简称预应力混凝土塔 架），是采用高强度自密实预应力混凝土技术和材料，替代传统钢 制风电塔架，应用于低风速风电场和大功率风电机组的新型塔架， 主要技术特点为采用新型材料、采用整体分片式新型设计，实现分 体制造、分体运输和分体现场总装，解决超大直径风电塔架的制造、 运输和安装的行业难题预应力混凝土塔架和传统的钢制风电塔架相比具有如下优势1、采用分片式新型设计，突破陆路运输的极限尺寸限制，实现大 型风电塔架分体式运输；2、具有良好的阻尼特性，吸能效果好，其抗冲击和抗疲劳性能优 越；3、具有良好的耐久性，可以适用不同的风场环境，后期维护量很 小；4、具有钢制塔架的同等刚度，保证机组的运行性能不用改变，仍 可以采用柔性塔架设计;5、区别于钢制塔架的设计控制点，预应力混凝土塔架静强度满足 要求时，几乎没有屈曲问题，充分利用了预应力混凝土材料的优越 性能；6、塔体自身重量大，结构稳定，竖向载荷较钢制塔架增加较大， 有利于基础设计的稳定性；7、国内预应力混凝土塔架整体支撑结构的成本相比于传统钢制塔 架具有一定优势，特别是大功率风电机组塔架高度超过100m后， 优势明显，具有很好的市场前景。

预应力混凝土塔架实现产业化可以有效解决两个方面问题其一，有效的解决低风速风电场的利用问题随着风力发电项目的 高速推进，经济发达或电网具备输送条件地区的优质风电场资源逐 渐减少，如何快速有效的利用我国分布广阔的低风速地区风能资 源，将成为今后风力发电行业的关键课题，也将是风力发电行业健 康、持续发展的关键提高风力发电机组单机容量、改进风电机组 运行特性、增高主机轮毂高度和加大叶片的设计直径，是解决低风 速风电场获取更多风能资源的最佳选择，伴随着主机轮毂和叶片高 度的不断提升、伴随着主机功率的不断加大，传统钢制塔架越来越 不适应发展需要，为新型预应力混凝土塔架产业的发展，提供了良 好的机遇其二，有效的解决了风电主机大型化带来的能力输入问题风电机 组具有不断大型化的发展趋势，钢制塔架受机组大型化、轮毂增高 化，以及钢结构材料特性、陆路运输条件、钢结构成本急剧增加等 因素的影响，将成为风电产业发展的瓶颈，越来越不能满足风电产 业技术发展的要求新型预应力混凝土塔架，采用国际上先进的风 电塔架制造材料和技术，形成独特的设计方法、生产工艺、吊装方 法，无论从技术性、经济性，还是对预应力混凝土产业的整体提升、 未来发展的促进来说，都是非常理想的选择。

实现预应力混凝土塔架产业化需要解决的关键问题：1、新型塔架处于不同风区（环境类别、载荷工况、产业配置等） 条件下的设计方法、生产工艺、运输和吊装方法研究；2、新型塔架抗震性能的设计研究；3、新型塔架的使用对整个风电投资的影响、综合经济性分析研究;4、新型塔架的使用，对风电机组传统的安装方式、流程的影响研 究；5、新型塔架的产业模式研究；6、新型塔架连接节点标准化、系列化的设计研究；7、新型塔架的基础设计、基础施工研究；8、C100及以上级别的高强度混凝土应用在承受复杂和交变荷载的 大型结构的研究目前国内外现有技术、知识产权和技术标准现状1、国外现状与趋势国外风电产业技术水平较高国家在研究、应用预应力混凝土塔架时 间较长、技术能力较强，配套的产业基础好目前包括enercon、 vestas>nordex等公司，在欧洲都小规模应用了预应力混凝土塔架 包括ge、gamesa等公司都在积极开展这项工作，准备近期试制样 机，其中gamesa准备明年在我国内蒙古安装试验一台4. 5mw样机, 采用新型预应力混凝土塔架，所有混凝土塔架的结构体、连接部件 由欧洲本土公司提供设计、制造方面，有ats (mecal子公司)、hormfuet^ inneo> ms-techno等，由于欧洲材料、人工费用相比国内昂贵，故预应力 混凝土塔架还未规模化，但在一些特定的地区、大型机组都在不断 尝试，逐渐采用该技术。

预应力混凝土塔架在国外应用较早，形式 也比较丰富，相关设计公司有pec^ ms-techno、ats(mecal )等; 相关生产企业有 ats(mecal) > hormifuste> inneo-torres^ max bö ;gl等，其中mecal具有设计、生产、安装的整套供货能力, 也是该领域实力较强的企业，其在欧洲占有较大市场，目前准备进 入国内市场2、国内现状与趋势我国预应力混凝土行业发展较早，但与现阶段国际水平相比，存在 技术断层、人才断层、生产工艺技术粗放、缺乏精细化系统管理， 高强材料应用不普及等方面的差距，预应力高强度混凝土在复杂装 备制造业上的应用尚属研发或小批量试产阶段在国内专利方面， 主要是辽宁大金重工股份有限公司持有的预应力混凝土分片塔架 的专利技术，具有技术的自主性国内多家主机厂家和制造商正在重点关注和准备介入新型塔架产 业，由于国内的材料、人工费用较低，通过初步设计的评估，预应 力混凝土塔架成本相比钢制塔架具有优势，又由于目前钢结构塔架 遇到的诸多瓶颈问题，预应力混凝土塔架将成为未来发展的方向， 其产业配套和技术能力的提升会加快结束语我国经济发达或电网具备输送条件地区的优质风电场资源逐渐减 少，目前尚存大量低速风电场，应用预应力混凝土风电塔架可使主 机获得更多的高空风力资源，保证足够的能源输入，从而促进低速 风电场的开发利用。

低速风电场的开发利用扩大了风电场可利用资 源，有利于风电产业的发展，解决经济发达地区缺电问题，具有广 阔的经济和社会效益。