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1.　概述

隨著輪轂高度的(de)(de)增加，風資源儲能(neng)(neng)增加，機組(zu)能(neng)(neng)夠獲取(qu)更多(duo)的(de)(de)能(neng)(neng)量，預(yu)應力(li)混(hun)凝土塔(ta)架作為(wei)一種新型風電機組(zu)塔(ta)架，是一種非常好(hao)的(de)(de)選(xuan)擇。其具有很多(duo)優勢：良好(hao)的(de)(de)阻尼特(te)性，吸能(neng)(neng)效果好(hao)，抗沖(chong)擊和(he)抗疲勞性能(neng)(neng)優越；良好(hao)的(de)(de)耐久性，可以適應不同的(de)(de)環境，后期維(wei)護(hu)量小(xiao)；底部(bu)空間大，電氣(qi)柜體布置(zhi)簡單，且采(cai)用分片方式解決了運輸(shu)限制(zhi)問題(ti)等。

預應(ying)力(li)混(hun)凝土塔架(jia)在(zai)(zai)歐(ou)洲、北美均有應(ying)用，ENERCON　和GE　都在(zai)(zai)其大型機(ji)組上使用。目前(qian)包(bao)括(kuo)金風科技(ji)、華銳、GAMESA在(zai)(zai)內的風電巨頭都在(zai)(zai)開展(zhan)這項工作，準(zhun)備在(zai)(zai)國內豎立樣(yang)機(ji)。此外，桁(heng)架(jia)式(shi)塔架(jia)、拉鎖式(shi)塔架(jia)等(deng)也是解(jie)決輪轂增高(gao)、費(fei)用降低的兩種傳統方式(shi)，但由于各自的一(yi)些缺點，雖然風電領域曾有應(ying)用，但目前(qian)應(ying)用較(jiao)少(shao)。

2.　混凝土塔架的優勢

為(wei)了提(ti)高(gao)(gao)(gao)現有(you)機(ji)組(zu)(zu)的能(neng)量吸收(shou)，通常的做(zuo)法(fa)是(shi)增(zeng)大(da)葉(xie)輪(lun)直徑或增(zeng)加(jia)輪(lun)轂高(gao)(gao)(gao)度。目前國(guo)內風(feng)電行業的做(zuo)法(fa)是(shi)增(zeng)大(da)葉(xie)輪(lun)，提(ti)高(gao)(gao)(gao)能(neng)量輸入，以(yi)滿足市場的需求。這(zhe)種做(zuo)法(fa)存在(zai)如下問(wen)題：其(qi)一，增(zeng)加(jia)主機(ji)廠的成(cheng)本投入，包括葉(xie)片和(he)過大(da)的機(ji)組(zu)(zu)冗余設計（材料和(he)設計加(jia)工）；其(qi)二，機(ji)組(zu)(zu)疲(pi)勞(lao)問(wen)題可能(neng)會(hui)嚴(yan)重(zhong)，20　年風(feng)險(xian)增(zeng)大(da)；其(qi)三，國(guo)內風(feng)機(ji)廠商很多引進的機(ji)型原設均未考(kao)慮過大(da)的葉(xie)輪(lun)，機(ji)組(zu)(zu)整體匹配性能(neng)有(you)隱患。

而國外風電(dian)行業的(de)通(tong)常做法則是通(tong)過提高輪轂高度來增(zeng)加(jia)能量(liang)輸入。通(tong)過增(zeng)加(jia)輪轂高度，不僅可以(yi)增(zeng)加(jia)能量(liang)輸入，還可以(yi)降(jiang)低湍流(liu)強度和風剪(jian)切(qie)影(ying)響，有(you)(you)效降(jiang)低機組(zu)(zu)的(de)疲勞(lao)載荷，對(dui)機組(zu)(zu)的(de)長(chang)期(qi)運行有(you)(you)好處。

預應力混凝土(tu)結構同普通混凝土(tu)結構相比，具(ju)有如下優勢(shi)：

1）　提(ti)高結構的(de)抗裂(lie)(lie)性能；　因為預應力(li)的(de)存在，當(dang)外載(zai)作用時，只有(you)當(dang)混凝(ning)土的(de)預壓應力(li)被全部抵消轉而受拉且拉應變超過混凝(ning)土的(de)極限(xian)拉應變時，結構才會開裂(lie)(lie)；

2）　增(zeng)大了(le)結(jie)(jie)(jie)構的剛(gang)度(du)；　預應力混(hun)(hun)凝土結(jie)(jie)(jie)構，一般均保證在(zai)正常(chang)使用過(guo)程(cheng)中不(bu)開裂(lie)或有微小裂(lie)縫(feng)，混(hun)(hun)凝土基本處于彈性工(gong)作狀態，因而結(jie)(jie)(jie)構的剛(gang)度(du)比普通混(hun)(hun)凝土結(jie)(jie)(jie)構有所增(zeng)大；

3）擴大了結(jie)構(gou)(gou)的應用(yong)范圍。由于預應力(li)混凝土結(jie)構(gou)(gou)改善了構(gou)(gou)件的抗裂性能，因而可(ke)用(yong)于有防(fang)水、抗滲透及抗腐蝕要求的環(huan)境(jing)。采(cai)用(yong)高(gao)強(qiang)度材料，還(huan)可(ke)以使結(jie)構(gou)(gou)輕巧，剛度大、變形小，可(ke)用(yong)于重荷載和(he)承受(shou)動(dong)載荷的結(jie)構(gou)(gou)。

預應力混凝土塔架(jia)結構

可以(yi)采(cai)用(yong)分(fen)片生產(chan)、現(xian)場組(zu)裝的形式，詳見圖(tu)1所(suo)示，其中(zhong)圖(tu)1b　中(zhong)紅色(se)肩頭(tou)所(suo)指的孔為組(zu)裝時穿拉筋的孔位。分(fen)片結構的尺(chi)寸可以(yi)采(cai)用(yong)長(chang)10～20m，厚度20～50cm，環(huan)向(xiang)6～8　片的預制混凝土板(ban)，分(fen)片結構可以(yi)在專業的構件廠(chang)生產(chan)，運至現(xian)場進行吊裝、組(zu)裝，預應力可采(cai)用(yong)體內或體外施加(jia)。

預(yu)應力混凝土塔(ta)架相(xiang)對于鋼結(jie)構塔(ta)架的優(you)勢(shi)

（1）目(mu)前較大(da)(da)機組(zu)的塔(ta)架(jia)(jia)外徑(jing)(jing)為(wei)4300mm，這(zhe)(zhe)(zhe)基(ji)本是(shi)國內(nei)的運輸上限，當(dang)然可(ke)以加大(da)(da)外徑(jing)(jing)，采用特制車輛或(huo)加大(da)(da)運輸成本來克(ke)服。這(zhe)(zhe)(zhe)個外徑(jing)(jing)存(cun)在兩個問題，其一，為(wei)了滿足市(shi)場(chang)的需(xu)求，所有塔(ta)底電氣柜(ju)體均放置在塔(ta)架(jia)(jia)內(nei)部，海上項(xiang)目(mu)還(huan)要(yao)求箱(xiang)變置入。這(zhe)(zhe)(zhe)造(zao)成各柜(ju)體間工作間距、電氣安全距離很小，檢(jian)修、維護難度大(da)(da)，隱患很大(da)(da)。其二，大(da)(da)葉輪(lun)、高(gao)輪(lun)轂(gu)機組(zu)的載荷(he)過(guo)大(da)(da)，造(zao)成4300mm　外徑(jing)(jing)無(wu)法承受，主要(yao)是(shi)法蘭連(lian)接強度不足。這(zhe)(zhe)(zhe)意味著，大(da)(da)機組(zu)、高(gao)輪(lun)轂(gu)的鋼(gang)(gang)結構塔(ta)架(jia)(jia)無(wu)法適(shi)應(ying)，而(er)采用分片鋼(gang)(gang)結構塔(ta)架(jia)(jia)或(huo)分片預應(ying)力鋼(gang)(gang)筋混凝(ning)土(tu)塔(ta)架(jia)(jia)則(ze)是(shi)較好的選擇。

（2）預應(ying)力混凝土結(jie)構具有(you)良好的阻尼特性，吸(xi)能(neng)效果好，其抗沖擊和(he)抗疲(pi)勞性能(neng)優(you)越(yue)。

（3）鋼(gang)結構(gou)塔架為了(le)適應(ying)不同(tong)(tong)的(de)風場環境(jing)，需要對其(qi)防腐處(chu)理作出不同(tong)(tong)的(de)規定，而很多特殊環境(jing)下的(de)塔架均已出現(xian)不同(tong)(tong)程度的(de)銹蝕。由于混凝土具(ju)有的(de)良好(hao)耐(nai)久(jiu)性(xing)，使得預應(ying)力(li)混凝土塔架可以適用不同(tong)(tong)的(de)環境(jing)，后(hou)期維(wei)護量很小，大(da)量海工建(jian)筑物(wu)的(de)實際情況也說明(ming)了(le)這點。

（4）預應力混凝土塔(ta)(ta)(ta)架(jia)可(ke)(ke)以(yi)設(she)(she)計成具有鋼(gang)結構塔(ta)(ta)(ta)架(jia)的(de)同等剛(gang)度，這樣可(ke)(ke)以(yi)保證機(ji)組(zu)的(de)運行(xing)性能不(bu)用改變，仍可(ke)(ke)以(yi)采(cai)用柔性塔(ta)(ta)(ta)架(jia)設(she)(she)計。

（5）預應力混凝土(tu)塔(ta)架(jia)，區別于(yu)(yu)鋼(gang)結構(gou)(gou)塔(ta)架(jia)的(de)設計控制點，由于(yu)(yu)鋼(gang)筋混凝土(tu)結構(gou)(gou)的(de)特(te)點，在預應力混凝土(tu)塔(ta)架(jia)靜強(qiang)度(du)滿(man)足要求(qiu)的(de)同時，幾(ji)乎沒有屈曲問(wen)題。這是由鋼(gang)筋混凝土(tu)結構(gou)(gou)的(de)受(shou)力特(te)點決(jue)定的(de)，這充分利用了各自材(cai)料自身的(de)性能。而鋼(gang)結構(gou)(gou)塔(ta)架(jia)在滿(man)足靜強(qiang)度(du)的(de)情況(kuang)下，疲勞和屈曲遠沒有達到要求(qiu)。

（6）預(yu)應力(li)混凝土塔架由于自身重量大(da)，其提供的豎向載荷較鋼結構塔架大(da)很多，對于普(pu)遍的基礎(chu)設(she)計來說是有利的。

（7）通過(guo)目前(qian)的研(yan)究和比(bi)對，國內預應(ying)力(li)混凝塔架整體(ti)支撐(cheng)結(jie)構的成本相(xiang)比(bi)于傳統鋼(gang)結(jie)構塔架整體(ti)支撐(cheng)具(ju)有一定(ding)優(you)(you)勢，特別(bie)是高度超(chao)過(guo)100m后，優(you)(you)勢明顯，具(ju)有很好的市場(chang)前(qian)景。

3.　混凝土塔架的技術難點

1）新型塔架的設計方法、生產工藝、吊裝方法；

2）新型塔架連(lian)接節點的設計；

 3）新型塔架的(de)使用，對(dui)整個風電投資的(de)影響、綜(zong)合經(jing)濟性分析；

4）新型塔架的使用，對風電機組(zu)的安裝(zhuang)方式(shi)，流程(cheng)的影響和改變；

5）新型塔架的產業(ye)模式探索；

6）新型(xing)塔架的基礎設計、施工(gong)。