近日，河北張家口張北縣一種全新的風(fēng)力發(fā)電塔現(xiàn)世。該風(fēng)塔高度140m，底部高度50多米，由8條鋼管混凝土兩兩相交成“人字形”空間結(jié)構(gòu)組成，中間設(shè)檢修平臺(tái)，上部為純鋼塔筒。據(jù)了解，該新型風(fēng)塔由武漢釜碩新能源科技有限公司獨(dú)立研發(fā)設(shè)計(jì)，示范風(fēng)電機(jī)組樣機(jī)單機(jī)容量7MW，葉輪直徑187m，是國(guó)內(nèi)首臺(tái)已吊裝陸上7MW風(fēng)電機(jī)組，也是目前國(guó)內(nèi)單機(jī)容量最大的示范樣機(jī)。
平價(jià)時(shí)代，我國(guó)風(fēng)電新能源發(fā)展到了一個(gè)新的階段，隨著優(yōu)質(zhì)風(fēng)能資源越來越少，國(guó)家補(bǔ)貼的退出，風(fēng)電項(xiàng)目的投資回報(bào)率越來越低，開發(fā)難度越來越大。項(xiàng)目成本控制涉及風(fēng)電整機(jī)設(shè)備、塔筒、基礎(chǔ)以及施工等諸多環(huán)節(jié)，今年以來，風(fēng)電機(jī)組價(jià)格不斷突破新低，部分項(xiàng)目風(fēng)機(jī)報(bào)價(jià)已接近1500元/KW左右，風(fēng)電整機(jī)市場(chǎng)異常激烈。
相比風(fēng)電整機(jī)市場(chǎng)，近年來，我國(guó)風(fēng)電塔架技術(shù)技術(shù)進(jìn)步幅度小，缺乏創(chuàng)新性、跨越性的技術(shù)革命。相反，隨著大型化趨勢(shì)加快，風(fēng)電機(jī)組高度不斷增加，風(fēng)電塔筒占比整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備的比重越來越大，以4MW、140m風(fēng)電機(jī)組為例，風(fēng)塔和基礎(chǔ)造價(jià)700萬左右，與機(jī)頭價(jià)格相當(dāng)，因此，如何降低成本成為整個(gè)風(fēng)電項(xiàng)目成本控制的關(guān)鍵。
風(fēng)電塔架與一般建構(gòu)筑物不同，除了安全性外，對(duì)剛度、制造難度、可靠性、運(yùn)輸、安裝周期、運(yùn)維都有要求。這些設(shè)計(jì)目標(biāo)與成本控制相矛盾。傳統(tǒng)風(fēng)塔各有優(yōu)缺點(diǎn)，技術(shù)上很難滿足高輪轂大容量風(fēng)機(jī)要求。如何設(shè)計(jì)一款安全經(jīng)濟(jì)的風(fēng)塔成為了巨大的挑戰(zhàn)。從技術(shù)角度，安全經(jīng)濟(jì)的風(fēng)塔需做到以下幾點(diǎn)：
風(fēng)塔剛度大，避免渦激共振發(fā)生;
結(jié)構(gòu)有彈塑性發(fā)展能力，彈塑承載力比彈性承載力高1.3倍以上;
結(jié)構(gòu)材料延性好，抗沖擊變形能力高;
制造簡(jiǎn)單，運(yùn)輸方便、安裝容易。
截面選型角度：與實(shí)腹型結(jié)構(gòu)相比，空間布置截面具有更大的抗彎截面模量。相同的材料下獲得更多的剛度和強(qiáng)度，例如大型的機(jī)場(chǎng)和火車候車大廳都采用空間結(jié)構(gòu)。風(fēng)塔底部30m-50m工程量最大，最影響結(jié)構(gòu)剛度。需要采用空間截面布置截面代替實(shí)腹型截面。
構(gòu)件材料角度：鋼管混凝土中的混凝土為三向約束混凝土，抗壓承載力是普通混凝土2倍以上。鋼管中設(shè)置鋼絞線預(yù)緊力提高構(gòu)件抗疲勞和抗拉承載力。鋼管混凝土構(gòu)件延性性能好，結(jié)構(gòu)抗倒塌能力高。
圖1. 純鋼屈曲與鋼管混凝土破壞過程(R1-彈性承載力 R2—薄壁鋼筒屈曲破壞承載力，R3—鋼管混凝土破壞承載力)
武漢釜碩新能源科技有限公司研發(fā)團(tuán)隊(duì)從結(jié)構(gòu)基本原理出發(fā)，充分研究風(fēng)塔力學(xué)行為特點(diǎn)，辯證選擇結(jié)構(gòu)布置和構(gòu)件材料，同時(shí)充分考慮風(fēng)塔制作、運(yùn)輸和吊裝等需要，研發(fā)出“人字形”空間鋼管混凝土風(fēng)力發(fā)電塔架。該塔架綜合成本降低25%以上。首臺(tái)樣機(jī)實(shí)施表明，該風(fēng)塔制造簡(jiǎn)單、運(yùn)輸方便、吊裝周期短、運(yùn)維容易。目前，釜碩風(fēng)塔獲得風(fēng)電行業(yè)權(quán)威認(rèn)證機(jī)構(gòu)鑒衡認(rèn)證中心的設(shè)計(jì)認(rèn)證，獲得十多項(xiàng)專利。
