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,該示范樣機(jī)所有方為哈電風(fēng)能有限公司,單機(jī)容量7MW,是目前國(guó)內(nèi)首臺(tái)成功吊裝的陸上大單機(jī)容量機(jī)組,該新型風(fēng)塔由哈電風(fēng)能有限公司與武漢釜碩新能源科技有限公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)建立。
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(lái)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(lái)越低,開(kāi)發(fā)難度越來(lái)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(lái),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(lái),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(lái)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(wàn)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(chē)候車(chē)大廳都采用空間結(jié)構(gòu)。風(fēng)塔底部30m-50m工程量大,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(guò)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。