2020年10月14日-16日，2020北京國(guó)際風(fēng)能大會(huì)暨展覽會(huì)（CWP 2020）在北京新國(guó)展隆重召開(kāi)。作為全球風(fēng)電行業(yè)年度最大的盛會(huì)之一，這場(chǎng)由百余名演講嘉賓和數(shù)千名國(guó)內(nèi)外參會(huì)代表共同參與的風(fēng)能盛會(huì)，再次登陸北京，本屆大會(huì)以“引領(lǐng)綠色復(fù)蘇，構(gòu)筑更好未來(lái)”為主題，聚焦中國(guó)能源革命的未來(lái)。能見(jiàn)App全程直播本次大會(huì)。
在15日下午召開(kāi)的關(guān)鍵部件技術(shù)創(chuàng)新分論壇上，嘉斯壯能源科技有限公司研發(fā)中心主任裘科一發(fā)表《構(gòu)架式預(yù)應(yīng)力鋼管風(fēng)塔關(guān)鍵技術(shù)》主題演講。
以下為發(fā)言實(shí)錄：裘科一：各位領(lǐng)導(dǎo)專(zhuān)家同仁下午好，非常榮幸站在這里代表青島華斯壯能源科技有限公司和同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院來(lái)做這次報(bào)告，介紹構(gòu)架式運(yùn)力鋼管風(fēng)塔的關(guān)鍵技術(shù)，我將從以下三方面來(lái)做這次報(bào)告，首先介紹一下研究背景，然后是介紹一下構(gòu)架式預(yù)應(yīng)力鋼管風(fēng)塔的關(guān)鍵技術(shù)，最后說(shuō)一下它的優(yōu)點(diǎn)與特征，構(gòu)架式預(yù)應(yīng)力鋼管風(fēng)塔的優(yōu)點(diǎn)并不是只有這一種風(fēng)塔的技術(shù)好，其他風(fēng)塔技術(shù)不好，不是這樣的，所有技術(shù)都有它的適用范圍，我們這些技術(shù)人員在適用范圍之內(nèi)，去挖掘技術(shù)本身應(yīng)該有的優(yōu)勢(shì)，我國(guó)三北地區(qū)電網(wǎng)調(diào)風(fēng)能力嚴(yán)重不足，導(dǎo)致三北地區(qū)的棄風(fēng)限電也是由來(lái)已久，而中東部地區(qū)風(fēng)資源相對(duì)匱乏，以往認(rèn)為這片區(qū)域不具備風(fēng)電開(kāi)發(fā)的條件，但是這塊區(qū)域恰巧是電力需求特別高，風(fēng)電可以在當(dāng)?shù)鼐徒{，風(fēng)場(chǎng)布局由三北地區(qū)向中東部地區(qū)轉(zhuǎn)移，可以有效的緩解我國(guó)電力消納方面的矛盾，而在低風(fēng)速高切片地區(qū)，提升風(fēng)塔的輪轂高度，可以有效的提高機(jī)組發(fā)電效率，提高年發(fā)電小時(shí)數(shù)，來(lái)增加風(fēng)場(chǎng)的收益，使原本不具備風(fēng)電開(kāi)發(fā)條件的大片中東不地區(qū)可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)性開(kāi)發(fā)。
那么在一定高度一定輪轂高度的范圍內(nèi)，事實(shí)上傳統(tǒng)的單管鋼塔筒非常是優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)，它材料均勻分布在四周高效提供強(qiáng)度穩(wěn)定和鋼度。隨著輪轂高度的上升，底部彎距攀升，對(duì)于這種結(jié)構(gòu)，最高效的解決方法，應(yīng)對(duì)方法，增大底部的直徑，但是直徑超過(guò)4米5，難以實(shí)現(xiàn)陸地運(yùn)輸，而且塔筒直徑如果做得過(guò)大不穩(wěn)定方面要求也會(huì)限制材料的發(fā)揮，增大塔筒壁厚當(dāng)然也是一種可行的方法，研究成果這是一種不太經(jīng)濟(jì)的方法。鋼管是鋼塔的結(jié)構(gòu)，再加上比較柔的結(jié)構(gòu)特性，導(dǎo)致它發(fā)生各種各樣的共振，然后這些共振目前是依靠控制系統(tǒng)和減振系統(tǒng)控制和調(diào)節(jié)。
在這樣的背景之下，出現(xiàn)了剛性高峰塔的方案目前剛性高風(fēng)塔，大多數(shù)混合塔方案，組合塔，目前主要在研究鋼塔筒混合土組合結(jié)構(gòu)，這種方案的特點(diǎn)也是相當(dāng)明顯它鋼度大，混凝土結(jié)構(gòu)有一些自身的屬性，注定它施工過(guò)程周期比較長(zhǎng)，工業(yè)化程度相比于鋼結(jié)構(gòu)也比較低。角鋼構(gòu)架風(fēng)電塔方案，是另外一種剛性高風(fēng)塔的方案，用構(gòu)架塔代替了筒裝塔的結(jié)構(gòu)，來(lái)提高塔身的效率，另一方面塔架所有的截點(diǎn)都采用都采用高強(qiáng)螺栓，摩擦型連接，塔架部分無(wú)焊接，從而解決了截點(diǎn)的抗疲勞問(wèn)題，缺點(diǎn)同樣存在，缺點(diǎn)來(lái)自于角鋼，大量的材料集中截面中心。我們提出了構(gòu)架式運(yùn)力鋼管風(fēng)塔，它的塔身是全鋼結(jié)構(gòu)，提升剛性風(fēng)塔的工業(yè)化程度，另一方面塔身底部設(shè)置為構(gòu)架，可以高效的提高結(jié)構(gòu)剛度，為什么我一直說(shuō)構(gòu)架是效率非常高的結(jié)構(gòu)，其實(shí)我們可以把塔身看成是一個(gè)鋼脫子，把那些利用率不高，受力比較小或者基本上沒(méi)有用的材料，把它全部掏空剩下這么一個(gè)骨架，所以它可以達(dá)到非常高的利用率，同時(shí)我們對(duì)塔柱施加壓力提高抗疲勞性能，特點(diǎn)鋼度大承載力高，工業(yè)化制造現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸，現(xiàn)場(chǎng)拼裝的構(gòu)建都是比較小的構(gòu)建，可以幾個(gè)班組同時(shí)進(jìn)行，不占用大型的電裝機(jī)械，并且造價(jià)非常的低。
這是整塔的組成下部采用構(gòu)架式塔架，上部采用單管式塔筒，塔架和塔筒之間用過(guò)度段進(jìn)行連接，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)簡(jiǎn)而言之主要有三點(diǎn)，第一是鋼管、第二是構(gòu)架式第三是應(yīng)用力，鋼管截面是非常優(yōu)秀的截面形式，材料均勻的分布在截面的四周，整體穩(wěn)定性很高，風(fēng)何在體型系數(shù)相對(duì)小。可以實(shí)現(xiàn)材料在空間上的更優(yōu)分布，基于密度法，結(jié)構(gòu)優(yōu)化，以最小的代價(jià)獲取足夠的強(qiáng)度、穩(wěn)定和剛度。那么運(yùn)力在這項(xiàng)技術(shù)里面，它的作用主要在兩方面，第一方面抗疲勞，在運(yùn)力的作用下，運(yùn)用力降低了塔柱受壓的狀態(tài)，法蘭頸部的應(yīng)力幅上升，降低塔柱疲勞危險(xiǎn)點(diǎn)應(yīng)力比。疲勞壽命提高6倍。我們一般認(rèn)為疲勞破壞，出現(xiàn)宏觀裂紋之后，裂紋發(fā)展非常的迅速，導(dǎo)致局部構(gòu)建，整個(gè)結(jié)構(gòu)的失效，而在運(yùn)力的作用下，就是橙色這條線，裂紋即使出現(xiàn)了，疲勞裂紋即使出現(xiàn)了，發(fā)展速度也非常非常慢，甚至在一定時(shí)間裂紋停止了發(fā)展，就是將疲勞的破壞，改善特殊的黏性破壞，在工程上的意義，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)補(bǔ)救爭(zhēng)取大量的時(shí)間。結(jié)果分為兩點(diǎn)，塔柱壓力可降低法蘭螺栓，從而提高螺栓的疲勞壽命，這兩張圖虛線沒(méi)有運(yùn)力，明顯下降的更快。
運(yùn)力的另一方面作用在于免維護(hù)，免維護(hù)的基本原理在于右邊這段文字，前面的第一點(diǎn)和第二點(diǎn)，運(yùn)力改變了法蘭，在其正常使用工況，處于受壓的狀態(tài)，見(jiàn)效服役期內(nèi)螺紋微動(dòng)磨損和塑性變形，螺栓可以終身免維護(hù)，降低運(yùn)維人工成本。還是那句話，測(cè)是為了不測(cè)。這是160米風(fēng)塔，今年9月份實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電，目前我們做到了160m的高度，如果有需要的話完全可以挑戰(zhàn)更高的高度，最后是優(yōu)點(diǎn)與特征。分為四點(diǎn)安全性經(jīng)濟(jì)性節(jié)地性和適應(yīng)性，安全性首先第一點(diǎn)構(gòu)架式的塔架解決共振問(wèn)題，同時(shí)避免了低空高切片區(qū)，運(yùn)力解決了鋼結(jié)構(gòu)問(wèn)題，避免了法蘭螺栓，經(jīng)濟(jì)性方面，這是160米的工程量統(tǒng)計(jì)，尤其突出的是混凝土方量，上面是507個(gè)立方，當(dāng)那個(gè)位置的地質(zhì)條件不是很好，樁占去354立方，混凝土，整體是基礎(chǔ)的大概三分之一。
由于目前我們的首臺(tái)實(shí)驗(yàn)塔剛并網(wǎng)，參考鋼性高峰塔，相比于柔塔增加發(fā)電量，高效的結(jié)構(gòu)可以減少直接投資，而散件運(yùn)輸可以減少物流成本，根據(jù)成本部門(mén)的估算，綜合成本相對(duì)于現(xiàn)行技術(shù)降低10%30%，螺栓免維護(hù)崗地業(yè)主的運(yùn)維成本，這方面成本隨著社會(huì)的發(fā)展而上升。
節(jié)地性傳統(tǒng)的整體式基礎(chǔ)在風(fēng)機(jī)運(yùn)行之后下面是沒(méi)辦法利用的，它是一個(gè)密閉的空間，它的基礎(chǔ)外露面積小于6個(gè)平方。構(gòu)架是運(yùn)力鋼管塔，建立更高的風(fēng)塔。由于下面非常簡(jiǎn)單什么都沒(méi)有，所以可以掛溝渠河流建設(shè)，在南方，甚至用做30到70米水深。我的報(bào)告就到這里謝謝大家。
（根據(jù)速記整理，未經(jīng)本人審核）
