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1.　概述

隨著輪轂高度的增加，風(fēng)資源儲能增加，機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)電機組塔架，是一種非常好的選擇。其具有很多優(yōu)勢：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，后期維護量??；底部空間大，電氣柜體布置簡單，且采用分片方式解決了運輸限制問題等。

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)電巨頭都在開展這項工作，準備在國內(nèi)豎立樣機。此外，桁架式塔架、拉鎖式塔架等也是解決輪轂增高、費用降低的兩種傳統(tǒng)方式，但由于各自的一些缺點，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

為了提高現(xiàn)有機組的能量吸收，通常的做法是增大葉輪直徑或增加輪轂高度。目前國內(nèi)風(fēng)電行業(yè)的做法是增大葉輪，提高能量輸入，以滿足市場的需求。這種做法存在如下問題：其一，增加主機廠的成本投入，包括葉片和過大的機組冗余設(shè)計（材料和設(shè)計加工）；其二，機組疲勞問題可能會嚴重，20　年風(fēng)險增大；其三，國內(nèi)風(fēng)機廠商很多引進的機型原設(shè)均未考慮過大的葉輪，機組整體匹配性能有隱患。

而國外風(fēng)電行業(yè)的通常做法則是通過提高輪轂高度來增加能量輸入。通過增加輪轂高度，不僅可以增加能量輸入，還可以降低湍流強度和風(fēng)剪切影響，有效降低機組的疲勞載荷，對機組的長期運行有好處。

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：

1）　提高結(jié)構(gòu)的抗裂性能；　因為預(yù)應(yīng)力的存在，當(dāng)外載作用時，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)變超過混凝土的極限拉應(yīng)變時，結(jié)構(gòu)才會開裂；

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程中不開裂或有微小裂縫，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)場組裝的形式，詳見圖1所示，其中圖1b　中紅色肩頭所指的孔為組裝時穿拉筋的孔位。分片結(jié)構(gòu)的尺寸可以采用長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)可以在專業(yè)的構(gòu)件廠生產(chǎn)，運至現(xiàn)場進行吊裝、組裝，預(yù)應(yīng)力可采用體內(nèi)或體外施加。

預(yù)應(yīng)力混凝土塔架相對于鋼結(jié)構(gòu)塔架的優(yōu)勢

（1）目前較大機組的塔架外徑為4300mm，這基本是國內(nèi)的運輸上限，當(dāng)然可以加大外徑，采用特制車輛或加大運輸成本來克服。這個外徑存在兩個問題，其一，為了滿足市場的需求，所有塔底電氣柜體均放置在塔架內(nèi)部，海上項目還要求箱變置入。這造成各柜體間工作間距、電氣安全距離很小，檢修、維護難度大，隱患很大。其二，大葉輪、高輪轂機組的載荷過大，造成4300mm　外徑無法承受，主要是法蘭連接強度不足。這意味著，大機組、高輪轂的鋼結(jié)構(gòu)塔架無法適應(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)場環(huán)境，需要對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，后期維護量很小，大量海工建筑物的實際情況也說明了這點。

（4）預(yù)應(yīng)力混凝土塔架可以設(shè)計成具有鋼結(jié)構(gòu)塔架的同等剛度，這樣可以保證機組的運行性能不用改變，仍可以采用柔性塔架設(shè)計。

（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)計控制點，由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的特點，在預(yù)應(yīng)力混凝土塔架靜強度滿足要求的同時，幾乎沒有屈曲問題。這是由鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力特點決定的，這充分利用了各自材料自身的性能。而鋼結(jié)構(gòu)塔架在滿足靜強度的情況下，疲勞和屈曲遠沒有達到要求。

（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，對于普遍的基礎(chǔ)設(shè)計來說是有利的。

（7）通過目前的研究和比對，國內(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，特別是高度超過100m后，優(yōu)勢明顯，具有很好的市場前景。

3.　混凝土塔架的技術(shù)難點

1）新型塔架的設(shè)計方法、生產(chǎn)工藝、吊裝方法；

2）新型塔架連接節(jié)點的設(shè)計；

3）新型塔架的使用，對整個風(fēng)電投資的影響、綜合經(jīng)濟性分析；

4）新型塔架的使用，對風(fēng)電機組的安裝方式，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、施工。