1. 概述
隨著輪轂高度的增加，風(fēng)資源儲(chǔ)能增加，機(jī)組能夠獲取更多的能量，預(yù)應(yīng)力混凝土塔架作為一種新型風(fēng)電機(jī)組塔架，是一種非常好的選擇。其具有很多優(yōu)勢(shì)：良好的阻尼特性，吸能效果好，抗沖擊和抗疲勞性能優(yōu)越；良好的耐久性，可以適應(yīng)不同的環(huán)境，后期維護(hù)量小；底部空間大，電氣柜體布置簡(jiǎn)單，且采用分片方式解決了運(yùn)輸限制問(wèn)題等。
預(yù)應(yīng)力混凝土塔架在歐洲、北美均有應(yīng)用，ENERCON 和GE 都在其大型機(jī)組上使用。目前包括金風(fēng)科技、華銳、GAMESA在內(nèi)的風(fēng)電巨頭都在開(kāi)展這項(xiàng)工作，準(zhǔn)備在國(guó)內(nèi)豎立樣機(jī)。此外，桁架式塔架、拉鎖式塔架等也是解決輪轂增高、費(fèi)用降低的兩種傳統(tǒng)方式，但由于各自的一些缺點(diǎn)，雖然風(fēng)電領(lǐng)域曾有應(yīng)用，但目前應(yīng)用較少。
2. 混凝土塔架的優(yōu)勢(shì)
為了提高現(xiàn)有機(jī)組的能量吸收，通常的做法是增大葉輪直徑或增加輪轂高度。目前國(guó)內(nèi)風(fēng)電行業(yè)的做法是增大葉輪，提高能量輸入，以滿(mǎn)足市場(chǎng)的需求。這種做法存在如下問(wèn)題：其一，增加主機(jī)廠(chǎng)的成本投入，包括葉片和過(guò)大的機(jī)組冗余設(shè)計(jì)（材料和設(shè)計(jì)加工）；其二，機(jī)組疲勞問(wèn)題可能會(huì)嚴(yán)重，20 年風(fēng)險(xiǎn)增大；其三，國(guó)內(nèi)風(fēng)機(jī)廠(chǎng)商很多引進(jìn)的機(jī)型原設(shè)均未考慮過(guò)大的葉輪，機(jī)組整體匹配性能有隱患。
而國(guó)外風(fēng)電行業(yè)的通常做法則是通過(guò)提高輪轂高度來(lái)增加能量輸入。通過(guò)增加輪轂高度，不僅可以增加能量輸入，還可以降低湍流強(qiáng)度和風(fēng)剪切影響，有效降低機(jī)組的疲勞載荷，對(duì)機(jī)組的長(zhǎng)期運(yùn)行有好處。
預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)同普通混凝土結(jié)構(gòu)相比，具有如下優(yōu)勢(shì)：
1） 提高結(jié)構(gòu)的抗裂性能； 因?yàn)轭A(yù)應(yīng)力的存在，當(dāng)外載作用時(shí)，只有當(dāng)混凝土的預(yù)壓應(yīng)力被全部抵消轉(zhuǎn)而受拉且拉應(yīng)變超過(guò)混凝土的極限拉應(yīng)變時(shí)，結(jié)構(gòu)才會(huì)開(kāi)裂；
2） 增大了結(jié)構(gòu)的剛度； 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，一般均保證在正常使用過(guò)程中不開(kāi)裂或有微小裂縫，混凝土基本處于彈性工作狀態(tài)，因而結(jié)構(gòu)的剛度比普通混凝土結(jié)構(gòu)有所增大；
3）擴(kuò)大了結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍。由于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)改善了構(gòu)件的抗裂性能，因而可用于有防水、抗?jié)B透及抗腐蝕要求的環(huán)境。采用高強(qiáng)度材料，還可以使結(jié)構(gòu)輕巧，剛度大、變形小，可用于重荷載和承受動(dòng)載荷的結(jié)構(gòu)。
預(yù)應(yīng)力混凝土塔架結(jié)構(gòu)
可以采用分片生產(chǎn)、現(xiàn)場(chǎng)組裝的形式，詳見(jiàn)圖1所示，其中圖1b 中紅色肩頭所指的孔為組裝時(shí)穿拉筋的孔位。分片結(jié)構(gòu)的尺寸可以采用長(zhǎng)10～20m，厚度20～50cm，環(huán)向6～8 片的預(yù)制混凝土板，分片結(jié)構(gòu)可以在專(zhuān)業(yè)的構(gòu)件廠(chǎng)生產(chǎn)，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行吊裝、組裝，預(yù)應(yīng)力可采用體內(nèi)或體外施加。
預(yù)應(yīng)力混凝土塔架相對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)塔架的優(yōu)勢(shì)
（1）目前較大機(jī)組的塔架外徑為4300mm，這基本是國(guó)內(nèi)的運(yùn)輸上限，當(dāng)然可以加大外徑，采用特制車(chē)輛或加大運(yùn)輸成本來(lái)克服。這個(gè)外徑存在兩個(gè)問(wèn)題，其一，為了滿(mǎn)足市場(chǎng)的需求，所有塔底電氣柜體均放置在塔架內(nèi)部，海上項(xiàng)目還要求箱變置入。這造成各柜體間工作間距、電氣安全距離很小，檢修、維護(hù)難度大，隱患很大。其二，大葉輪、高輪轂機(jī)組的載荷過(guò)大，造成4300mm 外徑無(wú)法承受，主要是法蘭連接強(qiáng)度不足。這意味著，大機(jī)組、高輪轂的鋼結(jié)構(gòu)塔架無(wú)法適應(yīng)，而采用分片鋼結(jié)構(gòu)塔架或分片預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土塔架則是較好的選擇。
（2）預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)具有良好的阻尼特性，吸能效果好，其抗沖擊和抗疲勞性能優(yōu)越。
（3）鋼結(jié)構(gòu)塔架為了適應(yīng)不同的風(fēng)場(chǎng)環(huán)境，需要對(duì)其防腐處理作出不同的規(guī)定，而很多特殊環(huán)境下的塔架均已出現(xiàn)不同程度的銹蝕。由于混凝土具有的良好耐久性，使得預(yù)應(yīng)力混凝土塔架可以適用不同的環(huán)境，后期維護(hù)量很小，大量海工建筑物的實(shí)際情況也說(shuō)明了這點(diǎn)。
（4）預(yù)應(yīng)力混凝土塔架可以設(shè)計(jì)成具有鋼結(jié)構(gòu)塔架的同等剛度，這樣可以保證機(jī)組的運(yùn)行性能不用改變，仍可以采用柔性塔架設(shè)計(jì)。
（5）預(yù)應(yīng)力混凝土塔架，區(qū)別于鋼結(jié)構(gòu)塔架的設(shè)計(jì)控制點(diǎn)，由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，在預(yù)應(yīng)力混凝土塔架靜強(qiáng)度滿(mǎn)足要求的同時(shí)，幾乎沒(méi)有屈曲問(wèn)題。這是由鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)決定的，這充分利用了各自材料自身的性能。而鋼結(jié)構(gòu)塔架在滿(mǎn)足靜強(qiáng)度的情況下，疲勞和屈曲遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到要求。
（6）預(yù)應(yīng)力混凝土塔架由于自身重量大，其提供的豎向載荷較鋼結(jié)構(gòu)塔架大很多，對(duì)于普遍的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是有利的。
（7）通過(guò)目前的研究和比對(duì)，國(guó)內(nèi)預(yù)應(yīng)力混凝塔架整體支撐結(jié)構(gòu)的成本相比于傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)塔架整體支撐具有一定優(yōu)勢(shì)，特別是高度超過(guò)100m后，優(yōu)勢(shì)明顯，具有很好的市場(chǎng)前景。
3. 混凝土塔架的技術(shù)難點(diǎn)
1）新型塔架的設(shè)計(jì)方法、生產(chǎn)工藝、吊裝方法；
2）新型塔架連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)；
3）新型塔架的使用，對(duì)整個(gè)風(fēng)電投資的影響、綜合經(jīng)濟(jì)性分析；
4）新型塔架的使用，對(duì)風(fēng)電機(jī)組的安裝方式，流程的影響和改變；
5）新型塔架的產(chǎn)業(yè)模式探索；
6）新型塔架的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、施工。
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