中巖科技：用“小材料”成就中國(guó)風(fēng)電“大身軀”

在黑龍江省大慶市，一座座陸上風(fēng)電混塔在零下15℃的寒風(fēng)中展露新姿。這些風(fēng)電混塔巍然佇立在茫茫白雪之上，輪轂高度達(dá)140—160米，下部混凝土段高度達(dá)90—110米。

風(fēng)能作為可再生能源中發(fā)展最快的清潔能源，是中國(guó)實(shí)現(xiàn)“3060”雙碳目標(biāo)的有效途徑之一。據(jù)全球風(fēng)能理事會(huì)（GWEC）統(tǒng)計(jì)，未來(lái)五年內(nèi)，中國(guó)風(fēng)電新增裝機(jī)規(guī)模可提高至60GW以上。國(guó)內(nèi)大功率、長(zhǎng)葉片、高塔筒的大型化風(fēng)電機(jī)組推新?lián)Q代明顯加速。

風(fēng)電機(jī)組中，塔筒起著提升風(fēng)機(jī)高度、保障機(jī)組安全的重要作用。受動(dòng)力荷載和振動(dòng)頻率等因素的影響，目前國(guó)內(nèi)主流的高塔筒方案是混塔技術(shù)，風(fēng)電鋼混塔架用安裝拼接材料是非常關(guān)鍵的基礎(chǔ)材料，其性能對(duì)于風(fēng)電塔架基礎(chǔ)的安全與穩(wěn)定起著關(guān)鍵作用，是風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈中非常重要的一環(huán)。

更大的風(fēng)機(jī)需要更高的高度來(lái)支撐，助力中國(guó)風(fēng)電發(fā)展，如何讓巨大的風(fēng)電機(jī)組與風(fēng)電塔架屹立不倒？中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)：中國(guó)建材總院）所屬企業(yè)中建材中巖科技有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)：中巖科技）有辦法。

傳統(tǒng)鋼塔向混塔的轉(zhuǎn)變

從風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展歷程看，我國(guó)早期的風(fēng)電開(kāi)發(fā)集中在內(nèi)蒙古、新疆等高風(fēng)速地區(qū)，主要采用傳統(tǒng)鋼塔作為風(fēng)電機(jī)組的基礎(chǔ)。隨著我國(guó)大力發(fā)展風(fēng)電產(chǎn)業(yè)，風(fēng)電開(kāi)發(fā)逐步向河南、安徽等中、低風(fēng)速地區(qū)發(fā)展。低風(fēng)速風(fēng)電技術(shù)的關(guān)鍵，是提高風(fēng)電機(jī)組在此環(huán)境下的風(fēng)能利用率，降低度電成本，從而實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目盈利。因此，圍繞“提高發(fā)電量—控制成本—確保可靠性”這一目標(biāo)，國(guó)內(nèi)風(fēng)機(jī)向著大型化、大功率化、大葉片化的趨勢(shì)發(fā)展，而作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組支撐結(jié)構(gòu)的風(fēng)電塔架則從120米向185米的高度不斷突破。

傳統(tǒng)鋼塔在塔高超過(guò)100米后，塔筒重量會(huì)呈指數(shù)型增加，經(jīng)濟(jì)性較差。鋼混塔架則能夠同時(shí)滿(mǎn)足安全性能高，減少用鋼量降低成本，裝配式分片方便運(yùn)輸?shù)忍攸c(diǎn)，已成為超高塔架發(fā)展的主流形式。

2015年，國(guó)內(nèi)風(fēng)機(jī)龍頭企業(yè)金風(fēng)科技旗下的天杉高科研制出分片預(yù)制式鋼混塔技術(shù)，突破了傳統(tǒng)鋼塔的應(yīng)用局限。所謂混塔技術(shù)，即風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔架的上部為鋼塔筒，下部為混凝土塔筒。作為傳統(tǒng)鋼塔衍生發(fā)展的重要方向之一，混塔可搭載150米以上大直徑葉片，且具有剛度大、抗疲勞和避震性能更強(qiáng)等特性，既可應(yīng)用于高切變、高風(fēng)速地區(qū)，也可應(yīng)用于低風(fēng)速高塔架場(chǎng)景。經(jīng)測(cè)算，140米以上混塔相比普通鋼塔成本可降低30%—50%，在風(fēng)電平價(jià)時(shí)代的驅(qū)動(dòng)下，近年來(lái)混塔備受市場(chǎng)青睞，進(jìn)入高速發(fā)展期，未來(lái)隨著風(fēng)電塔架高度的增加，混塔占比將越來(lái)越大。

“小材料”成就“大身軀”

上述混塔技術(shù)中，如何確保風(fēng)電機(jī)組的安全性與穩(wěn)定性，是最令人擔(dān)憂(yōu)的問(wèn)題。

經(jīng)過(guò)多年探索與創(chuàng)新，中巖科技自主研發(fā)出的高性能風(fēng)電基礎(chǔ)用水泥基灌漿料和風(fēng)電混塔拼接用水泥基座漿料，廣泛應(yīng)用于陸上風(fēng)電混凝土塔筒的建設(shè)中，有效解決了這一問(wèn)題。

混塔吊裝猶如“搭積木”：風(fēng)電混塔的建造施工涉及基座建造、管片預(yù)制、運(yùn)輸、拼裝、吊裝、預(yù)應(yīng)力張拉等多道工序。管片廠根據(jù)設(shè)計(jì)要求預(yù)制塔架管片并運(yùn)輸?shù)巾?xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)過(guò)找平后將管片拼接成圓環(huán)，然后在底座的基礎(chǔ)上將拼接成的圓環(huán)像“搭積木”般地搭建成混凝土塔架。混凝土塔架的上部為鋼塔段，鋼塔和混凝土塔筒用法盤(pán)進(jìn)行連接，最后用預(yù)應(yīng)力張拉確保塔架的安全和穩(wěn)定。

混凝土塔架這種“大身軀”的整體拼接吊裝離不開(kāi)幾種關(guān)鍵的“小材料”：塔架的建造首先需要安全穩(wěn)固的“底盤(pán)”，風(fēng)電灌漿料可用于風(fēng)電基礎(chǔ)的錨栓灌漿，該材料需要有大流態(tài)、低粘度的工作性能以保證法蘭盤(pán)下灌漿層的充盈，同時(shí)具有較高的力學(xué)性能和抗裂性，滿(mǎn)足基體的強(qiáng)度發(fā)展；預(yù)制混凝土管片豎縫的拼接主要使用預(yù)制節(jié)段環(huán)氧拼接膠，此材料在混合攪拌后能夠快速固化且具有高黏結(jié)和抗疲勞的特性，使管片能夠牢牢地“粘合”在一起；混凝土塔架的橫向縫拼接需要使用拼接膠或座漿料，可針對(duì)不同的管片精度，對(duì)混塔水平縫進(jìn)行填充施工以滿(mǎn)足承載力的需求。

中巖科技北京分公司總經(jīng)理范德科告訴記者，中巖科技自主研發(fā)的陸上風(fēng)電鋼混塔架用水泥基座漿料，采用了特種膠凝材料和納米活化技術(shù)，可提高吊裝施工的安全性和效率，經(jīng)200萬(wàn)次抗壓疲勞試驗(yàn)后試件未破壞，可有效保障整個(gè)風(fēng)機(jī)塔架的服役壽命。環(huán)氧拼接膠產(chǎn)品，對(duì)高精度管片具有較好的匹配性，降低了后期滲漏水風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)通過(guò)材料體系的優(yōu)化可適應(yīng)冬季低溫下的應(yīng)用需求。這些“小材料”已經(jīng)成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)多個(gè)地區(qū)的陸上風(fēng)電項(xiàng)目的建設(shè)，盡管它們?cè)谡麄€(gè)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈中占比較小，但在一定程度上對(duì)風(fēng)電行業(yè)的技術(shù)變革起到了關(guān)鍵性作用，是風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈中不可或缺的重要一環(huán)。

憑借關(guān)鍵“小材料”為中國(guó)陸上風(fēng)電混塔保駕護(hù)航，中巖科技成為近年來(lái)以科技創(chuàng)新與新材料研發(fā)服務(wù)國(guó)家能源基礎(chǔ)建設(shè)的代表性央企。

獨(dú)特低溫施工技術(shù)助力冬季風(fēng)電建設(shè)

獨(dú)特的低溫施工技術(shù)，是中巖科技研發(fā)的陸上風(fēng)電鋼混塔架用水泥基座漿料的另一大技術(shù)特點(diǎn)。

在我國(guó)東北和西北地區(qū)，冬季最低氣溫可達(dá)-15℃以下，常溫型混塔安裝拼接材料在低負(fù)溫條件下會(huì)因?yàn)槭軆觥⒃缙诹W(xué)性能發(fā)展緩慢等原因，極大地影響塔架的吊裝施工進(jìn)度，增加施工成本和難度。

“針對(duì)這些冬季施工難題，中巖科技重點(diǎn)開(kāi)發(fā)了可在-15℃左右正常使用的安裝拼接成套材料，其力學(xué)性能基本能夠達(dá)到常溫型技術(shù)指標(biāo)。如果在東北、青藏高原等極寒地區(qū)，配合‘預(yù)埋伴熱帶’等施工輔助加熱措施，也可以滿(mǎn)足超低溫環(huán)境下風(fēng)電塔架建造的技術(shù)需求，這對(duì)于縮短冬季施工等待期、大幅降低人力和設(shè)備成本起到關(guān)鍵性作用。”范德科告訴記者。

技術(shù)創(chuàng)新永無(wú)止境。2022年8月，中巖科技被認(rèn)定為國(guó)家專(zhuān)精特新“小巨人”企業(yè)。中巖科技堅(jiān)持科技創(chuàng)新，聚焦化學(xué)建材、特種水泥基材料和防護(hù)修復(fù)加固材料與服務(wù)三大業(yè)務(wù)板塊，致力于推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展、打造特種工程服務(wù)領(lǐng)軍企業(yè)，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品和技術(shù)已廣泛應(yīng)用于鐵路、公路、機(jī)場(chǎng)、橋梁、隧道、風(fēng)電、核電、裝配式建筑等領(lǐng)域。

近年來(lái)，中巖科技在陸上風(fēng)電鋼混塔架用安裝拼接材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是適用于超低溫環(huán)境下的產(chǎn)品技術(shù)方面實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化替代，并與龍頭企業(yè)在產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)作配套，推進(jìn)核心產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)協(xié)同發(fā)展。

在我國(guó)《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》的指引下，風(fēng)電作為一種可持續(xù)發(fā)展的清潔能源，其技術(shù)的不斷創(chuàng)新和應(yīng)用規(guī)模的不斷擴(kuò)大，勢(shì)必成為我國(guó)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的重要推動(dòng)力量。在此背景下，中巖科技正在牽頭主編國(guó)內(nèi)首部陸上風(fēng)電鋼混塔架用水泥基座漿料的建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，力爭(zhēng)為行業(yè)有序化、規(guī)范化、良性化發(fā)展持續(xù)作貢獻(xiàn)。