全球首台165米级！重庆大学团队推动清洁能源发展，助力实现“双碳”目标
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站得高、风才猛、电才多
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全球首台165米级
预应力钢管混凝土格构式塔架
在山东德州乐陵市成功完成安装
接下来将送电至千家万户
该格构式塔架样机
是由中国工程院院士周绪红
和重庆大学土木工程学院副院长
王宇航教授团队
原创提出结构原型
历时4年理论攻关
由中国船舶集团海装风电股份有限公司
牵头研制而成
全球首台165米级预应力钢管混凝土格构式塔架
提出原创新型结构
100余套方案中确定最优方案
“目前，我国陆上风电面临单机容量不断增大、轮毂高度显著提升、叶片长度持续增加等趋势，塔架结构是保障风电机组安全运行的关键。风电机组的轮毂高度超过160米后，传统塔架结构尺寸和重量大、综合成本高，已难以适用。”王宇航介绍，团队从塔筒结构的性能、尺寸限制、成本控制三个维度出发，于2018年原创提出了这种新型结构，并获得国家专利。
2020年底，在周绪红的指导下，团队建立了预应力钢管混凝土格构式塔架结构精细化高效分析理论和计算方法，并于2021年与中国船舶集团海装风电股份有限公司联合开展示范工程的实施。
高塔直立并非易事，该结构受力复杂、无相应的设计规范可参考、无成熟的国内外经验可借鉴。研发团队在其诞生之时就面临着重重技术难关：如何提出一整套完善的分析理论与高效的设计方法？如何可靠连接下部格构段与上部钢塔段？
165米级预应力钢管混凝土格构式塔架安装投用
在预应力钢管混凝土格构式塔架的开发过程中，为了解决这些技术性难题，保证结构各个部位的性能都能发挥最好效果，在一次次开会讨论、一次次修改方案、一次次推翻重来后，团队攻克了研发设计、仿真模拟、试验测试及理论分析中的难关险阻，经历了20余次的反复选型、模拟迭代、受力分析，综合考虑制造成本、运输限制、加工难度、质量把控难度、安装难度等各种因素后，最终从100余套方案中，确定了综合指标最优的结构初步方案。
该样机每年将减少碳排放约1.2万吨
2024年实现产业化生产
王宇航称，传统塔架结构以上面是钢管、下面是混凝土为主，其弊端是安装效率不高，加上风电叶片在运行过程中受风荷载作用变形较大，混凝土结构的塔架尺寸较大，叶片在转动时一旦和塔架接触，存在安全隐患。
预应力钢管混凝土格构式塔架更灵巧，成本更低
“预应力钢管混凝土格构式塔架，下部受力较大区域为钢管混凝土格构柱，由四根钢管混凝土角柱和交叉斜向空钢管焊接而成，钢管混凝土角柱中施加竖向通长的预应力筋；上部受力较小区域仍然采用传统钢结构塔筒。”他表示，一方面，由于各杆件主要承受轴向力，可充分发挥材料的强度，在角柱中施加预应力可有效避免其受拉时钢管内混凝土的开裂问题，受力效率高。另一方面，塔架可以采用螺栓连接，易安装，更灵巧，成本更低，“在高轮毂、大容量风电机组条件下，具有显著优势。”
专家解释，换句话说，这项专利成果，就是花更少的钱，让高空风力发电更稳更安全。
预应力钢管混凝土格构式塔架受力效率高
据悉，该项成果研发技术已经和中国船舶集团海装风电股份有限公司达成转化合作协议。王宇航表示，预计该样机每年将产生超过1240万千瓦时清洁电力，节约标煤约0.4万吨，减少碳排放约1.2万吨。
正如周绪红院士常说：“所有光鲜亮丽的背后，都熬过了无数个不为人知的黑夜”。项目团队成员勇担重任、迎难而上、密切协作，发扬拼搏精神，最终成功完成了这件“大国重器”。
今年，团队将进一步对该塔架结构开展性能提升和优化设计研究，预计将在2024年实现产业化生产，支撑我国风电能源安全高效开发。
来源 | 重庆发布、重大新闻网
编辑 | 橙留香
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