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1.　概述

隨著輪轂高度的增加，風資源儲能增加，機組能夠獲取更多的能量，預應力混凝土塔架作為一種新型風電機組塔架，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，可以適應不同的環(huán)境，后期維護量小；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。

預應力混凝土塔架在歐洲、北美均有應用，ENERCON　和GE　都在其大型機組上使用。目前包括金風科技、華銳、GAMESA在內的風電巨頭都在開展這項工作，準備在國內豎立樣機。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，雖然風電領域曾有應用，但目前應用較少。

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。目前國內風電行業(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計（材料和設計加工）；其二，機組疲勞問題可能會嚴重，20　年風險增大；其三，國內風機廠商很多引進的機型原設均未考慮過大的葉輪，機組整體匹配性能有隱患。

而國外風電行業(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。

預應力混凝土結構同普通混凝土結構相比，具有如下優(yōu)勢：

1）　提高結構的抗裂性能；　因為預應力的存在，當外載作用時，只有當混凝土的預壓應力被全部抵消轉而受拉且拉應變超過混凝土的極限拉應變時，結構才會開裂；

2）　增大了結構的剛度；　預應力混凝土結構，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)，因而結構的剛度比普通混凝土結構有所增大；

3）擴大了結構的應用范圍。由于預應力混凝土結構改善了構件的抗裂性能，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，還可以使結構輕巧，剛度大、變形小，可用于重荷載和承受動載荷的結構。

預應力混凝土塔架結構

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。分片結構的尺寸可以采用長10～20m，厚度20～50cm，環(huán)向6～8　片的預制混凝土板，分片結構可以在專業(yè)的構件廠生產(chǎn)，運至現(xiàn)場進行吊裝、組裝，預應力可采用體內或體外施加。

預應力混凝土塔架相對于鋼結構塔架的優(yōu)勢

（1）目前較大機組的塔架外徑為4300mm，這基本是國內的運輸上限，當然可以加大外徑，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、高輪轂的鋼結構塔架無法適應，而采用分片鋼結構塔架或分片預應力鋼筋混凝土塔架則是較好的選擇。

（2）預應力混凝土結構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）鋼結構塔架為了適應不同的風場環(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，使得預應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）預應力混凝土塔架可以設計成具有鋼結構塔架的同等剛度，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計。

（5）預應力混凝土塔架，區(qū)別于鋼結構塔架的設計控制點，由于鋼筋混凝土結構的特點，在預應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構的受力特點決定的，這充分利用了各自材料自身的性能。而鋼結構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）預應力混凝土塔架由于自身重量大，其提供的豎向載荷較鋼結構塔架大很多，對于普遍的基礎設計來說是有利的。

（7）通過目前的研究和比對，國內預應力混凝塔架整體支撐結構的成本相比于傳統(tǒng)鋼結構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.　混凝土塔架的技術難點

1）新型塔架的設計方法、生產(chǎn)工藝、吊裝方法；

2）新型塔架連接節(jié)點的設計；

3）新型塔架的使用，對整個風電投資的影響、綜合經(jīng)濟性分析；

4）新型塔架的使用，對風電機組的安裝方式，流程的影響和改變；

5）新型塔架的產(chǎn)業(yè)模式探索；

6）新型塔架的基礎設計、施工。