UHPC材料在風電混塔結構領域的創(chuàng)新應用
隨著全球對可再生能源需求的不斷增長，風電作為重要的清潔能源之一，具備環(huán)保可再生、成本低且規(guī)模效益顯著等優(yōu)勢，在全世界的發(fā)展日益受到重視。隨著風電產業(yè)的高質量快速發(fā)展，大兆瓦級、長葉片、高輪轂風電機組成為風電產業(yè)發(fā)展的大趨勢。在風力發(fā)電機組中，風電塔筒是其重要組成部分，必須具備足夠的承載能力、剛度和穩(wěn)定性。當前，在100~140米輪轂高度范圍內，市場上缺乏適配5MW以上、兼顧安全性和經濟性的風電塔架技術方案，風電鋼塔成本高、在滿足經濟性時其安全性顯著降低，難以實現市場應用；全混凝土塔架和混合塔架難以滿足主機頻率的相關要求。在風電主機的功率不斷增加的同時，風電機組的最高輪轂高度逐步提升到185米，對塔筒在有限尺寸以內的承載能力、剛度和穩(wěn)定性提出了更高的要求。本項目研發(fā)了適用于100米以上超高性能混凝土陸上風電塔筒的體內預應力成套技術體系，其中120米至180米級塔筒已經成功應用于實際風電項目，未來還可擴展至 180 米級以上風電項目，覆蓋了風電塔架高度應用的全范圍。該體系既可以應用于大型風電基地項目，比如三北地區(qū)100米~140米高度范圍的大基地項目；也可以應用于中東南部地區(qū)150m及以上分散式項目，在高切變風速地區(qū)和低風速高塔架場景的運用具備明顯優(yōu)勢。
UHPC的大規(guī)模、低成本、高效應用
本項目的一大亮點是全球首個大規(guī)模、低成本、高效應用UHPC的風電混塔。為了降低UHPC的生產成本并拓寬UHPC的應用領域，研發(fā)團隊采用了地方上出產的機制砂，大大降低了原料成本。在設計與制備UHPC的過程中，研發(fā)團隊研發(fā)了一款專業(yè)軟件，用以快速優(yōu)化機制砂的顆粒級配和形貌參數，確保達到最緊密堆積的理論效果。此外，研發(fā)團隊還提出了創(chuàng)新的UHPC密實優(yōu)化設計方法，它融合了干堆積與自由水濕堆積技術，顯著縮短了不同項目的配合比設計周期。在UHPC的制備工藝上，研發(fā)團隊成功攻克了超細粉料輸送和鋼纖維均勻分散等技術難題，使得大規(guī)模、低成本、高效制備超高性能混凝土成為可能。
未來復雜應用場景下的混塔技術
通過本項目研發(fā)，完成了未來復雜應用場景下的混塔技術儲備。未來風電塔筒的必將朝著輪轂高度更高、結構更加輕質高強耐久等方面發(fā)展；要求混塔的生產制造性能更高、生產成本更低；隨著海上風力發(fā)電事業(yè)的推進，塔筒的施工環(huán)境和工作環(huán)境也會變得更加復雜惡劣。為此，研發(fā)團隊開發(fā)了分段式體內預應力體系，設計并采用了分段式體內有粘結預應力體系，提高了塔架的整體性和安全性。這一創(chuàng)新設計增強了塔筒的穩(wěn)定性，使其能夠應對各種嚴峻的環(huán)境條件，并且完全免維護。為了確保吊裝過程的靈活性和安全性，研發(fā)團隊采用了新型塔吊技術，其具備自立和扶壁的能力。這種吊裝方法不僅更加安全，還可隨塔筒同時升高，不受起吊高度及重量限制。
本項目的突破不僅為進一步提升陸上風電輪轂高度和能源利用效率奠定了堅實基礎，也為拓展風電場建設區(qū)域及推動海上風電發(fā)展提供了重要支撐。風領新能源將繼續(xù)引領行業(yè)技術變革，助力全球清潔能源事業(yè)的發(fā)展。
來源：中國混凝土與水泥制品協(xié)會
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