2023年10月24日,上海风领新能源有限公司180米风机-涟水巨石风电项目完成首座风机安装工作。涟水巨石风电项目是全球第一个大规模采用UHPC150材料的风电混塔项目。2024年12月29日,该项目的科技成果“超高性能混凝土陆上风电体内预应力混合塔筒体系”通过了中国混凝土与水泥制品协会科技成果评价。

UHPC材料在风电混塔结构领域的创新应用

随着全球对可再生能源需求的不断增长,风电作为重要的清洁能源之一,具备环保可再生、成本低且规模效益显著等优势,在全世界的发展日益受到重视。随着风电产业的高质量快速发展,大兆瓦级、长叶片、高轮毂风电机组成为风电产业发展的大趋势。在风力发电机组中,风电塔筒是其重要组成部分,必须具备足够的承载能力、刚度和稳定性。当前,在100~140米轮毂高度范围内,市场上缺乏适配5MW以上、兼顾安全性和经济性的风电塔架技术方案,风电钢塔成本高、在满足经济性时其安全性显著降低,难以实现市场应用;全混凝土塔架和混合塔架难以满足主机频率的相关要求。在风电主机的功率不断增加的同时,风电机组的最高轮毂高度逐步提升到185米,对塔筒在有限尺寸以内的承载能力、刚度和稳定性提出了更高的要求。本项目研发了适用于100米以上超高性能混凝土陆上风电塔筒的体内预应力成套技术体系,其中120米至180米级塔筒已经成功应用于实际风电项目,未来还可扩展至 180 米级以上风电项目,覆盖了风电塔架高度应用的全范围。该体系既可以应用于大型风电基地项目,比如三北地区100米~140米高度范围的大基地项目;也可以应用于中东南部地区150m及以上分散式项目,在高切变风速地区和低风速高塔架场景的运用具备明显优势。

UHPC的大规模、低成本、高效应用

本项目的一大亮点是全球首个大规模、低成本、高效应用UHPC的风电混塔。为了降低UHPC的生产成本并拓宽UHPC的应用领域,研发团队采用了地方上出产的机制砂,大大降低了原料成本。在设计与制备UHPC的过程中,研发团队研发了一款专业软件,用以快速优化机制砂的颗粒级配和形貌参数,确保达到最紧密堆积的理论效果。此外,研发团队还提出了创新的UHPC密实优化设计方法,它融合了干堆积与自由水湿堆积技术,显著缩短了不同项目的配合比设计周期。在UHPC的制备工艺上,研发团队成功攻克了超细粉料输送和钢纤维均匀分散等技术难题,使得大规模、低成本、高效制备超高性能混凝土成为可能。

未来复杂应用场景下的混塔技术

通过本项目研发,完成了未来复杂应用场景下的混塔技术储备。未来风电塔筒的必将朝着轮毂高度更高、结构更加轻质高强耐久等方面发展;要求混塔的生产制造性能更高、生产成本更低;随着海上风力发电事业的推进,塔筒的施工环境和工作环境也会变得更加复杂恶劣。为此,研发团队开发了分段式体内预应力体系,设计并采用了分段式体内有粘结预应力体系,提高了塔架的整体性和安全性。这一创新设计增强了塔筒的稳定性,使其能够应对各种严峻的环境条件,并且完全免维护。为了确保吊装过程的灵活性和安全性,研发团队采用了新型塔吊技术,其具备自立和扶壁的能力。这种吊装方法不仅更加安全,还可随塔筒同时升高,不受起吊高度及重量限制。

本项目的突破不仅为进一步提升陆上风电轮毂高度和能源利用效率奠定了坚实基础,也为拓展风电场建设区域及推动海上风电发展提供了重要支撑。风领新能源将继续引领行业技术变革,助力全球清洁能源事业的发展。

文章来源:中国混凝土与水泥制品协会