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1.　概述

隨著輪轂高度的(de)增加(jia)，風(feng)資源(yuan)儲能(neng)增加(jia)，機組能(neng)夠獲取更多的(de)能(neng)量，預(yu)應力混(hun)凝(ning)土塔架(jia)作為一種(zhong)新型風(feng)電機組塔架(jia)，是(shi)一種(zhong)非常好(hao)(hao)的(de)選擇。其具有很多優勢：良好(hao)(hao)的(de)阻尼特性(xing)，吸能(neng)效果好(hao)(hao)，抗沖擊和抗疲勞性(xing)能(neng)優越；良好(hao)(hao)的(de)耐(nai)久(jiu)性(xing)，可以適應不同(tong)的(de)環境，后期維護(hu)量小；底部空(kong)間大，電氣(qi)柜體(ti)布置簡單，且采用(yong)分片方式(shi)解(jie)決了(le)運(yun)輸限制問題等。

預(yu)應力混凝(ning)土(tu)塔架(jia)在(zai)歐洲、北美均有應用(yong)(yong)，ENERCON　和GE　都在(zai)其大型機組上使(shi)用(yong)(yong)。目(mu)前包(bao)括金風科技、華銳(rui)、GAMESA在(zai)內(nei)(nei)的(de)風電巨頭都在(zai)開展這項工作，準(zhun)備在(zai)國內(nei)(nei)豎(shu)立(li)樣機。此外(wai)，桁架(jia)式塔架(jia)、拉鎖式塔架(jia)等(deng)也(ye)是解決(jue)輪轂(gu)增高、費用(yong)(yong)降低的(de)兩種(zhong)傳統方式，但由(you)于各自(zi)的(de)一(yi)些(xie)缺點，雖然風電領(ling)域曾有應用(yong)(yong)，但目(mu)前應用(yong)(yong)較少。

2.　混凝土塔架的優勢

為(wei)了(le)提高(gao)(gao)現有機(ji)組(zu)(zu)的(de)(de)能(neng)量吸收，通常的(de)(de)做(zuo)法(fa)是(shi)增(zeng)大葉輪(lun)直(zhi)徑(jing)或增(zeng)加(jia)輪(lun)轂(gu)高(gao)(gao)度。目前國內風電行業的(de)(de)做(zuo)法(fa)是(shi)增(zeng)大葉輪(lun)，提高(gao)(gao)能(neng)量輸(shu)入，以滿足市(shi)場(chang)的(de)(de)需(xu)求(qiu)。這種做(zuo)法(fa)存(cun)在如下(xia)問題：其一，增(zeng)加(jia)主機(ji)廠的(de)(de)成本投(tou)入，包括葉片和(he)過大的(de)(de)機(ji)組(zu)(zu)冗余設(she)(she)計（材料和(he)設(she)(she)計加(jia)工(gong)）；其二，機(ji)組(zu)(zu)疲勞問題可能(neng)會嚴重，20　年風險增(zeng)大；其三，國內風機(ji)廠商(shang)很多引進的(de)(de)機(ji)型原設(she)(she)均未考慮過大的(de)(de)葉輪(lun)，機(ji)組(zu)(zu)整(zheng)體匹配性能(neng)有隱患。

而(er)國外風(feng)電行(xing)業的(de)通(tong)常(chang)做法則是通(tong)過(guo)提高輪轂(gu)高度(du)(du)來增(zeng)加(jia)能量(liang)輸入。通(tong)過(guo)增(zeng)加(jia)輪轂(gu)高度(du)(du)，不僅可以增(zeng)加(jia)能量(liang)輸入，還可以降低湍流強(qiang)度(du)(du)和(he)風(feng)剪切影(ying)響，有效(xiao)降低機(ji)(ji)組的(de)疲勞載荷(he)，對機(ji)(ji)組的(de)長期(qi)運行(xing)有好處。

預(yu)應力混凝(ning)土(tu)結構同普通(tong)混凝(ning)土(tu)結構相比，具有如下(xia)優勢：

1）　提高(gao)結(jie)構的(de)抗裂性能(neng)；　因(yin)為(wei)預應力的(de)存在，當外載作用時，只有當混凝土(tu)的(de)預壓(ya)應力被全部抵消轉而受拉且拉應變(bian)超過(guo)混凝土(tu)的(de)極限拉應變(bian)時，結(jie)構才會開裂；

2）　增大(da)了(le)結(jie)(jie)構的(de)剛度(du)；　預(yu)應力混(hun)凝(ning)土結(jie)(jie)構，一般均保證(zheng)在(zai)正常(chang)使(shi)用(yong)過程中(zhong)不開裂(lie)或有微小裂(lie)縫(feng)，混(hun)凝(ning)土基(ji)本處于彈性(xing)工作(zuo)狀態，因而結(jie)(jie)構的(de)剛度(du)比普通混(hun)凝(ning)土結(jie)(jie)構有所(suo)增大(da)；

3）擴大了結構的(de)(de)應用范圍。由于(yu)(yu)預應力混凝(ning)土結構改(gai)善了構件的(de)(de)抗(kang)裂性能(neng)，因而(er)可(ke)用于(yu)(yu)有防(fang)水、抗(kang)滲(shen)透(tou)及抗(kang)腐(fu)蝕要求的(de)(de)環境(jing)。采用高強度材料，還可(ke)以使結構輕巧，剛度大、變形小，可(ke)用于(yu)(yu)重(zhong)荷載和承受動(dong)載荷的(de)(de)結構。

預應力混凝土(tu)塔架結構

可(ke)(ke)以(yi)采用分片(pian)生產、現(xian)場(chang)(chang)組裝的形式，詳見圖(tu)1所示，其中圖(tu)1b　中紅色(se)肩頭所指的孔(kong)為(wei)組裝時穿拉筋的孔(kong)位。分片(pian)結構的尺(chi)寸可(ke)(ke)以(yi)采用長10～20m，厚(hou)度20～50cm，環向6～8　片(pian)的預制混凝(ning)土板，分片(pian)結構可(ke)(ke)以(yi)在專(zhuan)業(ye)的構件廠生產，運(yun)至(zhi)現(xian)場(chang)(chang)進行吊裝、組裝，預應力可(ke)(ke)采用體(ti)(ti)內或體(ti)(ti)外施(shi)加。

預(yu)應力(li)混(hun)凝土塔架(jia)相對于鋼結(jie)構塔架(jia)的優勢(shi)

（1）目(mu)前較大(da)(da)機組(zu)的(de)(de)塔(ta)(ta)架(jia)外徑(jing)為4300mm，這基(ji)本是(shi)國內的(de)(de)運輸上(shang)限，當然(ran)可以加大(da)(da)外徑(jing)，采用特制車輛或加大(da)(da)運輸成本來克服。這個外徑(jing)存在(zai)兩個問題，其一，為了滿足(zu)市場的(de)(de)需求(qiu)，所有塔(ta)(ta)底電(dian)氣(qi)柜體(ti)(ti)均放(fang)置在(zai)塔(ta)(ta)架(jia)內部，海上(shang)項目(mu)還要求(qiu)箱變置入。這造(zao)成各柜體(ti)(ti)間(jian)工作間(jian)距、電(dian)氣(qi)安全距離很小，檢(jian)修(xiu)、維護(hu)難度大(da)(da)，隱患很大(da)(da)。其二，大(da)(da)葉輪、高(gao)輪轂機組(zu)的(de)(de)載荷過大(da)(da)，造(zao)成4300mm　外徑(jing)無(wu)法(fa)(fa)承(cheng)受，主要是(shi)法(fa)(fa)蘭連(lian)接強度不(bu)足(zu)。這意味著，大(da)(da)機組(zu)、高(gao)輪轂的(de)(de)鋼結(jie)構(gou)塔(ta)(ta)架(jia)無(wu)法(fa)(fa)適應(ying)，而采用分(fen)片鋼結(jie)構(gou)塔(ta)(ta)架(jia)或分(fen)片預應(ying)力鋼筋(jin)混凝土塔(ta)(ta)架(jia)則是(shi)較好的(de)(de)選擇(ze)。

（2）預應力混凝土(tu)結構具有良好的阻尼特(te)性(xing)，吸能效果好，其抗(kang)沖擊(ji)和抗(kang)疲勞性(xing)能優越。

（3）鋼結構塔架(jia)為了(le)適應(ying)不同(tong)的(de)風場環境，需要對(dui)其防(fang)腐(fu)處理作出不同(tong)的(de)規定，而很(hen)多(duo)特(te)殊環境下的(de)塔架(jia)均已出現不同(tong)程度的(de)銹蝕。由于混凝(ning)土具有的(de)良好耐久性，使(shi)得預應(ying)力(li)混凝(ning)土塔架(jia)可以適用不同(tong)的(de)環境，后期(qi)維護量(liang)很(hen)小，大量(liang)海工建(jian)筑物的(de)實(shi)際情(qing)況(kuang)也(ye)說明了(le)這(zhe)點(dian)。

（4）預應力(li)混凝土塔架(jia)(jia)可以設計成具有鋼結構塔架(jia)(jia)的同等剛度，這樣可以保證(zheng)機組的運行(xing)性能不(bu)用(yong)改變，仍(reng)可以采用(yong)柔性塔架(jia)(jia)設計。

（5）預應(ying)力(li)混凝土(tu)(tu)塔架(jia)(jia)，區(qu)別(bie)于鋼結構(gou)塔架(jia)(jia)的(de)(de)(de)(de)設計控制(zhi)點(dian)，由于鋼筋(jin)混凝土(tu)(tu)結構(gou)的(de)(de)(de)(de)特點(dian)，在預應(ying)力(li)混凝土(tu)(tu)塔架(jia)(jia)靜強度滿(man)足要求的(de)(de)(de)(de)同時，幾乎沒有屈曲問題。這是(shi)由鋼筋(jin)混凝土(tu)(tu)結構(gou)的(de)(de)(de)(de)受(shou)力(li)特點(dian)決定的(de)(de)(de)(de)，這充分(fen)利(li)用了各自材料(liao)自身的(de)(de)(de)(de)性能。而鋼結構(gou)塔架(jia)(jia)在滿(man)足靜強度的(de)(de)(de)(de)情況(kuang)下，疲勞和(he)屈曲遠(yuan)沒有達到(dao)要求。

（6）預應力(li)混(hun)凝(ning)土(tu)塔架由(you)于(yu)自身重量大，其提供的豎向載荷較(jiao)鋼結構塔架大很多，對(dui)于(yu)普遍的基(ji)礎設計來說是(shi)有利的。

（7）通(tong)過(guo)目(mu)前的研(yan)究(jiu)和比(bi)對，國內預應力混凝塔(ta)架整體支撐(cheng)結(jie)構的成(cheng)本相比(bi)于傳統鋼結(jie)構塔(ta)架整體支撐(cheng)具(ju)有一定優(you)勢，特(te)別是(shi)高度超過(guo)100m后，優(you)勢明顯，具(ju)有很好的市場前景。

3.　混凝土塔架的技術難點

1）新型(xing)塔架的設(she)計方法、生(sheng)產(chan)工藝、吊裝方法；

2）新型塔架(jia)連(lian)接節(jie)點的設計；

3）新(xin)型(xing)塔(ta)架的使用，對整個風電投資的影響、綜合經(jing)濟(ji)性分析；

4）新(xin)型(xing)塔架的使用，對(dui)風電機組(zu)的安裝(zhuang)方式，流程的影響和改變(bian)；

5）新(xin)型塔架的產業模式探索；

6）新型塔架的基礎設計、施工(gong)。