中船海裝風電有限公司塔筒事業中心技術營銷總監彭棠：多元支撐方案解鎖全域應用場景

2023年10月16日-19日，2023北京國際風能大會暨展覽會（CWP2023）在北京如約召開。作為全球風電行業年度最大的盛會之一，這場由百余名演講嘉賓和數千名國內外參會代表共同參與的風能盛會，再次登陸北京，聚焦中國能源革命的未來。

本屆大會以“構筑全球穩定供應鏈 共建能源轉型新未來”為主題，將歷時四天，包括開幕式、主旨發言、高峰對話、創新劇場以及關于“全球風電產業布局及供應鏈安全”“雙碳時代下的風電技術發展前景”“國際風電市場發展動態及投資機會”“風電機組可靠性論壇”等不同主題的21個分論壇。能見App全程直播本次大會。

10月18日下午，中船海裝風電有限公司塔筒事業中心技術營銷總監彭棠在風電產業技術創新論壇II上發表題為《多元支撐方案解鎖全域應用場景》的主題演講。

以下為發言全文：

 感謝各位同仁和專家，今天下午和大家分享的專題是風電支撐結構，匯報分為三部分：支撐結構發展趨勢、多元支撐結構解決方案、市場布局。

統計2023年新裝機容量，海上9.3兆瓦，陸上達到5兆瓦的規模。下面這張圖（PPT），展示的是風電塔筒結構，主要是受彎曲的控制，以前載荷是6-8萬區間，隨著機組容量的增大，載荷已經達到15-17萬。這種載荷塔筒的直徑要突破5米，受限于塔筒發展。

同時，隨著機組大型化的發展趨勢風電設計成本中，塔筒占比也是提升的。基于以上的特點，我們思考支撐結構未來怎么走？

一是海上一體化技術，現在傳統設計分為設計院、主機廠商。設計院負責基礎，主機廠商負責塔筒和主機板塊，里面涉及到多單位、多業務單元協同，迭代工作量也比較大，同時迭代周期比較長。

比如主機廠商在計算風機載荷要考慮波浪流的作用，我們建模時已經考慮到把所提供的載荷反饋給設計院，設計院又會單獨加一點浪載，這上面就有有設計的冗余，整體的工程量并不是最優。

二是單裝式的基礎設施，傳統叫P-Y曲線，采用的設計路線是沿用小的管裝數據，不能適應大直徑單裝，普遍現在做的單裝直徑達到7-8米，要對P-Y曲線進行修正，確保精確性。

所以我們引入PISA的方法，它把樁土進行修正P-Y曲線，同時打造海上一體化設計平臺，首先是泥面處載荷降低25%，同時機組塔架和分析采用全時程耦合分析，疲勞荷載更精準，可以降低支撐成本8%以上。同時做結構尋優，考慮到基礎、塔筒、主機頻率、波浪頻率的匹配，可以降低支撐結構成本大概是在10%以上。

針對陸上著重介紹三款產品:

一是鋼混塔筒。經過這么多年的發展比較成熟穩定，它的核心優勢是發電量可靠、本身結構的可靠性，現在混塔市場占比規模已經提升上來了。

二是施工。通過這么多年的經驗，效率也能得到保障。以前對它的定位是低風速的地區，現在隨著機組容量的增加，需要考慮大兆瓦機組和大風輪機組支撐結構的適配性，鋼塔直徑設計瓶頸和整體的經濟性，不如現在的混塔。適用范圍，更多是瞄向三北大基地，以及沙戈荒。

我們在鋼混塔方面做了哪些研究？首先是對結構頻率的尋優，做全時程分析頻率的情況。我們找到塔底和塔身極限載荷區間解，綜合考慮材料成本、運輸成本、吊裝成本確定塔筒的比例。右下角的圖，塔筒頻率適合范圍有頂峰，在頂峰上做頻率的下滑。

塔筒不可避免的結構非線性轉階段，海裝在轉階段上做大量的理論分析和實驗驗證。鋼混過度段是材料非線性和結構的非線性，受力也非常的復雜和特殊。所以我們做大量理論分析的情況下，還做模型的所比實驗，我們采用鋼混的形式。實踐結論表明，鋼混組合形式的受力特性，較純混凝土提升2.5倍。

三是混塔裂紋進行限制，以及開展相應的模擬分析，以及做局部釋塊和模型的驗證，去探究裂紋發展的變化趨勢。

下一塊介紹海裝在其他高塔領域做的樣品，這款產品是“格構式塔架”，今年在山東有樣機，今年在穩定的運行。為什么我們要推出款產品？從鋼塔的演化到混塔，未來往高大做的趨勢是延續的。為了承接更大的載荷，要考慮更多的結構形式去應對。格構式塔有什么特點？承載力更高、部件采用工廠預制、施工效率可以得到保證沒有模具費用、運輸靈活性可以得到保證、占地面積小。

我們對這款產品的定位是低風速和高切片、復雜地形，把它定位成未來超高塔市場的利器。

格構式塔受力特點，為什么采用鋼管混凝土？一是鋼管對混凝土的套估作用，混凝土是受壓的構件，但是風機受彎矩作用有一側是受拉的，需要用鋼管給它做套估。剛才這一塊，抗屈服的能力也是非常關鍵的一點，可以通過混凝土對它做支撐。

以前傳統塔筒的結構是圓柱形式，材料利用率并沒有得到發展，柱面形式之間的材料利用率會更高。我們在產品推出前也做了大量的模型實驗，新產品構件涉及到非常多的節點，來源于強度較核采用節點載荷進行驗算，但只是理論上的計算，真正到節點上的受力非常復雜，我們要考慮承載能力，以及做破壞性的實驗，所以也開展所比的模型實驗，來確保整個結構的受力特性是可靠的。

大家關注格構柱的連接是采用鉚栓的形式，首先我們采用的是環槽鉚釘技術，在航空航天都有廣泛的應用，特制的牙形達到緊固的作用。在此之外，我們還做相應性能的實驗，去看整個鉚釘和螺栓極限抗拉的對比。同時，我們也做探究看松動情況下對整個支撐的影響。

裝配式基礎，為什么我們要推呢？現在的風電場基礎也有一定的局限性，有一些隱蔽工程沒有辦法達到100%可靠，所以提出裝配式基礎的產品。這款產品首先是適配性比較高，市面上所有的鋼塔都能做到標準化的設計，包括機型范圍非常廣。同時采用工廠預制，可以實現現場免維護，縮短它的工期，縮短工期就是一個很大的優勢，而且對它的定位也是用在沙戈荒大基地的項目。

工廠預制質量會更可控，流水化的作業使它的經濟性非常有保障。  

裝配式基礎結構形式，分為預制構件通過拼縫連接實現組裝，其余與現有的技術形式相同，適用場景也是能夠適應的范圍。在這一塊關注裝配式基礎的受力特點，抗減設計和整體連接新的設計，這一塊做的受力分析，包括對它的安裝工藝做一定的研究，主要是針對同心度的控制，以及灌漿工藝的驗證，這款產品會在年底推出來，完成實驗樣機的裝機。

針對上面的幾類產品，我們再簡單的回顧一下針對陸上布局，依托于中東南部地區的混塔技術，逐步向三北地區進軍，同時裝備基礎也定位在這里，把它定位在中東南部超高塔區域和低風速區域。同時圍繞海上一體化建設，打造海上精品。

我的匯報結束，謝謝。

（根據演講速記整理，未經演講人審核）