近日，河北張家口張北縣一種全新的風力發(fā)電塔現(xiàn)世。該風塔高度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，中間設檢修平臺，上部為純鋼塔筒。據(jù)了解，該新型風塔由武漢釜碩新能源科技有限公司獨立研發(fā)設計，示范風電機組樣機單機容量7MW，葉輪直徑187m，是國內(nèi)首臺已吊裝陸上7MW風電機組，也是目前國內(nèi)單機容量最大的示范樣機。
平價時代，我國風電新能源發(fā)展到了一個新的階段，隨著優(yōu)質(zhì)風能資源越來越少，國家補貼的退出，風電項目的投資回報率越來越低，開發(fā)難度越來越大。項目成本控制涉及風電整機設備、塔筒、基礎以及施工等諸多環(huán)節(jié)，今年以來，風電機組價格不斷突破新低，部分項目風機報價已接近1500元/KW左右，風電整機市場異常激烈。
相比風電整機市場，近年來，我國風電塔架技術(shù)技術(shù)進步幅度小，缺乏創(chuàng)新性、跨越性的技術(shù)革命。相反，隨著大型化趨勢加快，風電機組高度不斷增加，風電塔筒占比整個風力發(fā)電機組設備的比重越來越大，以4MW、140m風電機組為例，風塔和基礎造價700萬左右，與機頭價格相當，因此，如何降低成本成為整個風電項目成本控制的關鍵。
風電塔架與一般建構(gòu)筑物不同，除了安全性外，對剛度、制造難度、可靠性、運輸、安裝周期、運維都有要求。這些設計目標與成本控制相矛盾。傳統(tǒng)風塔各有優(yōu)缺點，技術(shù)上很難滿足高輪轂大容量風機要求。如何設計一款安全經(jīng)濟的風塔成為了巨大的挑戰(zhàn)。從技術(shù)角度，安全經(jīng)濟的風塔需做到以下幾點：
風塔剛度大，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;
制造簡單，運輸方便、安裝容易。
截面選型角度：與實腹型結(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度，例如大型的機場和火車候車大廳都采用空間結(jié)構(gòu)。風塔底部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。鋼管中設置鋼絞線預緊力提高構(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)團隊從結(jié)構(gòu)基本原理出發(fā)，充分研究風塔力學行為特點，辯證選擇結(jié)構(gòu)布置和構(gòu)件材料，同時充分考慮風塔制作、運輸和吊裝等需要，研發(fā)出“人字形”空間鋼管混凝土風力發(fā)電塔架。該塔架綜合成本降低25%以上。首臺樣機實施表明，該風塔制造簡單、運輸方便、吊裝周期短、運維容易。目前，釜碩風塔獲得風電行業(yè)權(quán)威認證機構(gòu)鑒衡認證中心的設計認證，獲得十多項專利。
