鋼筋混凝土風力發電塔風致動力響應分析

　　5 鋼筋混凝土風力發電塔的優勢
　　除結構動力響應、動力放大系數較小之外，鋼筋混凝土風力發電塔還有如下優勢：
　　（1）造價低廉。在裝機容量相同的情況下，圖10 給出了現澆鋼筋混凝土塔、預制鋼筋混凝土塔、鋼塔Q390 和鋼塔Q235 的造價比較。總體上，鋼筋混凝土塔的造價要少于鋼塔的造價。其中，預制混凝土塔的造價要低于現澆混凝土塔的造價。對于鋼塔而言，采用高強鋼的造價較低。需要指出，這里的造價包括了塔筒和基礎兩部分。
　　（2）耐腐蝕性強。腐蝕性差一直是困擾鋼塔的問題，其相應的維護費用非常昂貴。而鋼筋混凝土風力發電塔因自身材料的特性，具有較強的耐腐蝕性，更適合在強腐蝕性環境（如海洋環境）中建造。
　　（3）抗疲勞性好。風電機組需要長期承受多重隨機動力激勵（如風荷載、海浪荷載、地震作用等），疲勞失效問題日益凸顯。經過20 年（一個設計周期）的疲勞損傷累積之后，風力發電鋼塔連接構件的可靠度將大為降低。由于鋼筋混凝土風力發電塔的設計壽命一般可達50 至100 年，在經過一個設計周期之后尚可重復利用。
　　（4）塔筒與基礎連接方便。除部分海上基礎之外，機組基礎多采用鋼筋混凝土結構。因為材質各異，鋼塔與基礎之間連接需要用基礎環過渡，而基礎環與基礎混凝土連接部分通常會出現嚴重的應力集中。為削弱這種現象，需要在連接處配置大量鋼筋。不同的是，混凝土塔筒與基礎之間可通過直接澆筑連接，既簡單又經濟。
　　（5）無運輸吊裝限制。由于過橋等因素的限制，一般認為塔筒運輸的極限直徑是4.3m，極限重量是60t。因此，對于結構尺寸更大的風力發電鋼塔而言，運輸問題難以解決，吊裝也極為不易。對于鋼筋混凝土風力發電塔而言，可以采用現場澆筑、滑模施工的方式，不存在運輸吊裝限制。
　　（6）無塔體厚度限制。鋼板的彎曲成形是個很復雜的工藝，要將厚鋼板彎曲成環狀對設備要求很高。一般地，風力發電鋼塔彎曲成形的極限厚度為50mm，這勢必限制風力發電鋼塔向大型化發展。不同的是，鋼筋混凝土風力發電塔通常是澆筑而成，其厚度取值有更大的靈活性。
　　7）優良的減噪效果。風力發電機在正常運行時會產生噪音，鋼筋混凝土塔筒能夠有效地降低噪音的輻射，達到優良的減噪效果。
　　由上述可知，鋼筋混凝土風力發電塔優勢非常明顯，故而不難預測其美好的未來。事實上，倘若能夠引入高強混凝土與碳纖維混凝土，更有如虎添翼之感。然而，鋼筋混凝土風力發電塔亦存在施工（尤其是海上施工）難度較大、施工周期較長等問題，這需要進一步研究。

圖10 風力發電高塔造價比較

表1 風電機組動力響應比較