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【摘 要】风力发电设备已趋于大功率花和适用低风速风电场，增加轮毂高度获得高空风力资源比增加叶片的扫风面积更具有可行性，传统管塔式钢结构风电塔架受到道路运输限制，已满足不了风电主机发展需求，预应力混凝土塔架以其特有的优势必将在未来风电装备制造领域占有重要位置。
【关键词】预应力混凝土风电塔架结构；优势；技术特点
1. 概述
随着轮毂高度的增加，风资源储能增加，机组能够获取更多的能量，预应力混凝土塔架作为一种新型风电机组塔架，是一种非常好的选择。其具有很多优势：良好的阻尼特性，吸能效果好，抗冲击和抗疲劳性能优越；良好的耐久性，可以适应不同的环境，后期维护量小；底部空间大，电气柜体布置简单，且采用分片方式解决了运输限制问题等。
预应力混凝土塔架在欧洲、北美均有应用，ENERCON 和GE 都在其大型机组上使用。目前包括金风科技、华锐、GAMESA在内的风电巨头都在开展这项工作，准备在国内竖立樣机。此外，桁架式塔架、拉锁式塔架等也是解决轮毂增高、费用降低的两种传统方式，但由于各自的一些缺点，虽然风电领域曾有应用，但目前应用较少。
2. 混凝土塔架的优势
为了提高现有机组的能量吸收，通常的做法是增大叶轮直径或增加轮毂高度。目前国内风电行业的做法是增大叶轮，提高能量输入，以满足市场的需求。这种做法存在如下问题：其一，增加主机厂的成本投入，包括叶片和过大的机组冗余设计（材料和设计加工）；其二，机组疲劳问题可能会严重，20 年风险增大；其三，国内风机厂商很多引进的机型原设均未考虑过大的叶轮，机组整体匹配性能有隐患。
而国外风电行业的通常做法则是通过提高轮毂高度来增加能量输入。通过增加轮毂高度，不仅可以增加能量输入，还可以降低湍流强度和风剪切影响，有效降低机组的疲劳载荷，对机组的长期运行有好处。
预应力混凝土结构同普通混凝土结构相比，具有如下优势：
1） 提高结构的抗裂性能； 因为预应力的存在，当外载作用时，只有当混凝土的预压应力被全部抵消转而受拉且拉应变超过混凝土的极限拉应变时，结构才会开裂；
2） 增大了结构的刚度； 预应力混凝土结构，一般均保证在正常使用过程中不开裂或有微小裂缝，混凝土基本处于弹性工作状态，因而结构的刚度比普通混凝土结构有所增大；
3）扩大了结构的应用范围。由于预应力混凝土结构改善了构件的抗裂性能，因而可用于有防水、抗渗透及抗腐蚀要求的环境。采用高强度材料，还可以使结构轻巧，刚度大、变形小，可用于重荷载和承受动载荷的结构。
预应力混凝土塔架结构
可以采用分片生产、现场组装的形式，详见图1所示，其中图1b 中红色肩头所指的孔为组装时穿拉筋的孔位。分片结构的尺寸可以采用长10～20m，厚度20～50cm，环向6～8 片的预制混凝土板，分片结构可以在专业的构件厂生产，运至现场进行吊装、组装，预应力可采用体内或体外施加。
预应力混凝土塔架相对于钢结构塔架的优势
（1）目前较大机组的塔架外径为4300mm，这基本是国内的运输上限，当然可以加大外径，采用特制车辆或加大运输成本来克服。这个外径存在两个问题，其一，为了满足市场的需求，所有塔底电气柜体均放置在塔架内部，海上项目还要求箱变置入。这造成各柜体间工作间距、电气安全距离很小，检修、维护难度大，隐患很大。其二，大叶轮、高轮毂机组的载荷过大，造成4300mm 外径无法承受，主要是法兰连接强度不足。这意味着，大机组、高轮毂的钢结构塔架无法适应，而采用分片钢结构塔架或分片预应力钢筋混凝土塔架则是较好的选择。
（2）预应力混凝土结构具有良好的阻尼特性，吸能效果好，其抗冲击和抗疲劳性能优越。
（3）钢结构塔架为了适应不同的风场环境，需要对其防腐处理作出不同的规定，而很多特殊环境下的塔架均已出现不同程度的锈蚀。由于混凝土具有的良好耐久性，使得预应力混凝土塔架可以适用不同的环境，后期维护量很小，大量海工建筑物的实际情况也说明了这点。
（4）预应力混凝土塔架可以设计成具有钢结构塔架的同等刚度，这样可以保证机组的运行性能不用改变，仍可以采用柔性塔架设计。
（5）预应力混凝土塔架，区别于钢结构塔架的设计控制点，由于钢筋混凝土结构的特点，在预应力混凝土塔架静强度满足要求的同时，几乎没有屈曲问题。这是由钢筋混凝土结构的受力特点决定的，这充分利用了各自材料自身的性能。而钢结构塔架在满足静强度的情况下，疲劳和屈曲远没有达到要求。
（6）预应力混凝土塔架由于自身重量大，其提供的竖向载荷较钢结构塔架大很多，对于普遍的基础设计来说是有利的。
（7）通过目前的研究和比对，国内预应力混凝塔架整体支撑结构的成本相比于传统钢结构塔架整体支撑具有一定优势，特别是高度超过100m后，优势明显，具有很好的市场前景。
3. 混凝土塔架的技术难点
1）新型塔架的设计方法、生产工艺、吊装方法；
2）新型塔架连接节点的设计；
3）新型塔架的使用，对整个风电投资的影响、综合经济性分析；
4）新型塔架的使用，对风电机组的安装方式，流程的影响和改变；
5）新型塔架的产业模式探索；
6）新型塔架的基础设计、施工。
【关键词】预应力混凝土风电塔架结构；优势；技术特点
1. 概述
随着轮毂高度的增加，风资源储能增加，机组能够获取更多的能量，预应力混凝土塔架作为一种新型风电机组塔架，是一种非常好的选择。其具有很多优势：良好的阻尼特性，吸能效果好，抗冲击和抗疲劳性能优越；良好的耐久性，可以适应不同的环境，后期维护量小；底部空间大，电气柜体布置简单，且采用分片方式解决了运输限制问题等。
预应力混凝土塔架在欧洲、北美均有应用，ENERCON 和GE 都在其大型机组上使用。目前包括金风科技、华锐、GAMESA在内的风电巨头都在开展这项工作，准备在国内竖立樣机。此外，桁架式塔架、拉锁式塔架等也是解决轮毂增高、费用降低的两种传统方式，但由于各自的一些缺点，虽然风电领域曾有应用，但目前应用较少。
2. 混凝土塔架的优势
为了提高现有机组的能量吸收，通常的做法是增大叶轮直径或增加轮毂高度。目前国内风电行业的做法是增大叶轮，提高能量输入，以满足市场的需求。这种做法存在如下问题：其一，增加主机厂的成本投入，包括叶片和过大的机组冗余设计（材料和设计加工）；其二，机组疲劳问题可能会严重，20 年风险增大；其三，国内风机厂商很多引进的机型原设均未考虑过大的叶轮，机组整体匹配性能有隐患。
而国外风电行业的通常做法则是通过提高轮毂高度来增加能量输入。通过增加轮毂高度，不仅可以增加能量输入，还可以降低湍流强度和风剪切影响，有效降低机组的疲劳载荷，对机组的长期运行有好处。
预应力混凝土结构同普通混凝土结构相比，具有如下优势：
1） 提高结构的抗裂性能； 因为预应力的存在，当外载作用时，只有当混凝土的预压应力被全部抵消转而受拉且拉应变超过混凝土的极限拉应变时，结构才会开裂；
2） 增大了结构的刚度； 预应力混凝土结构，一般均保证在正常使用过程中不开裂或有微小裂缝，混凝土基本处于弹性工作状态，因而结构的刚度比普通混凝土结构有所增大；
3）扩大了结构的应用范围。由于预应力混凝土结构改善了构件的抗裂性能，因而可用于有防水、抗渗透及抗腐蚀要求的环境。采用高强度材料，还可以使结构轻巧，刚度大、变形小，可用于重荷载和承受动载荷的结构。
预应力混凝土塔架结构
可以采用分片生产、现场组装的形式，详见图1所示，其中图1b 中红色肩头所指的孔为组装时穿拉筋的孔位。分片结构的尺寸可以采用长10～20m，厚度20～50cm，环向6～8 片的预制混凝土板，分片结构可以在专业的构件厂生产，运至现场进行吊装、组装，预应力可采用体内或体外施加。
预应力混凝土塔架相对于钢结构塔架的优势
（1）目前较大机组的塔架外径为4300mm，这基本是国内的运输上限，当然可以加大外径，采用特制车辆或加大运输成本来克服。这个外径存在两个问题，其一，为了满足市场的需求，所有塔底电气柜体均放置在塔架内部，海上项目还要求箱变置入。这造成各柜体间工作间距、电气安全距离很小，检修、维护难度大，隐患很大。其二，大叶轮、高轮毂机组的载荷过大，造成4300mm 外径无法承受，主要是法兰连接强度不足。这意味着，大机组、高轮毂的钢结构塔架无法适应，而采用分片钢结构塔架或分片预应力钢筋混凝土塔架则是较好的选择。
（2）预应力混凝土结构具有良好的阻尼特性，吸能效果好，其抗冲击和抗疲劳性能优越。
（3）钢结构塔架为了适应不同的风场环境，需要对其防腐处理作出不同的规定，而很多特殊环境下的塔架均已出现不同程度的锈蚀。由于混凝土具有的良好耐久性，使得预应力混凝土塔架可以适用不同的环境，后期维护量很小，大量海工建筑物的实际情况也说明了这点。
（4）预应力混凝土塔架可以设计成具有钢结构塔架的同等刚度，这样可以保证机组的运行性能不用改变，仍可以采用柔性塔架设计。
（5）预应力混凝土塔架，区别于钢结构塔架的设计控制点，由于钢筋混凝土结构的特点，在预应力混凝土塔架静强度满足要求的同时，几乎没有屈曲问题。这是由钢筋混凝土结构的受力特点决定的，这充分利用了各自材料自身的性能。而钢结构塔架在满足静强度的情况下，疲劳和屈曲远没有达到要求。
（6）预应力混凝土塔架由于自身重量大，其提供的竖向载荷较钢结构塔架大很多，对于普遍的基础设计来说是有利的。
（7）通过目前的研究和比对，国内预应力混凝塔架整体支撑结构的成本相比于传统钢结构塔架整体支撑具有一定优势，特别是高度超过100m后，优势明显，具有很好的市场前景。
3. 混凝土塔架的技术难点
1）新型塔架的设计方法、生产工艺、吊装方法；
2）新型塔架连接节点的设计；
3）新型塔架的使用，对整个风电投资的影响、综合经济性分析；
4）新型塔架的使用，对风电机组的安装方式，流程的影响和改变；
5）新型塔架的产业模式探索；
6）新型塔架的基础设计、施工。