高强度自密实预应力混凝土风电塔架产业化技术分析
2022年中国超高性能混凝土（UHPC）技术与应用发展报告（上）
2022年，虽然疫情严重地影响了我们的工作和生活，但中国超高性能混凝土（UHPC）技术在进步、结构设计方法在完善、标准规范在建立、应用场景在扩展、用量在增长，UHPC行业发展生机勃勃。
本报告是第4个中国UHPC年度发展报告，简要记录和介绍2022年中国在UHPC领域取得的部分研究成果、标准规范编制进展、产业发展、新的工程应用以及技术交流活动。
部分研究和工程项目材料名称用活性粉末混凝土（RPC）或高韧性混凝土（STC），在本报告中统一使用UHPC。
一、UHPC研究与应用技术发展现在，越来越多工程技术人员认识、了解和喜爱UHPC材料，积极使用UHPC设计新结构、新产品或解决工程结构难点痛点问题，针对应用具体化需求的UHPC 研究越来越多。
在UHPC材料研究方面，降低成本、减小收缩、提升性能等仍然是许多研究的主题。
依托实际工程，为解答设计和施工中遇到的疑问或需要设计验证与取得数据，2022年开展了一些缩尺和足尺UHPC结构试验，为设计或施工方案优化提供依据。
此外，在2022年完成了一些新型UHPC工程结构设计、试验、施工或预制生产的技术准备工作，如轻质墙板楼板、大体积和组合结构桥梁、陆上和海上风电结构等，会在2023年和未来形成新的UHPC应用增长点。
（一）UHPC材料研究发展同济大学孙振平教授团队和多个单位参加的“超高性能混凝土的低成本制备和多场景应用技术研究及标准规范建立”项目获得2022年度中国混凝土与水泥制品协会（CCPA）科技进步奖一等奖。
在UHPC材料方面取得的进步包括：基于超细颗粒的填充效应、粒级的优化作用以及矿物掺合料的活性效应，采用偏高岭土和矿渣粉取代国内外惯常使用的硅灰，制备出了120MPa级UHPC，使UHPC的生产成本降低10%以上。
在极低水胶比（不大于0.18）条件下，基于颗粒最紧密堆积理论，综合利用所研发的功能型混凝土外加剂产品应用技术，以及纤维复合技术，制备出坍落扩展度≥750mm，自然养护条件下28d抗压强度≥200MPa、抗折强度≥40MPa、抗拉强度≥12MPa，且28d收缩率小于150×10-6的UHPC。
风力发电机组预应力锚栓基础施工技术分析
风力发电机组预应力锚栓基础施工技术分析发布时间：2022-10-10T03:29:09.596Z 来源：《中国电业与能源》2022年6月11期作者：袁小彬[导读] 在社会和经济快速发展的今天，风电作为一种新型的可持续发展的建筑项目，在国内的应用中占有举足轻重的地位。
而风电机组的预应力锚杆地基的施工，对风电项目的工期有很大的影响。
袁小彬中国葛洲坝集团电力有限责任公司湖北宜昌 443000摘要：在社会和经济快速发展的今天，风电作为一种新型的可持续发展的建筑项目，在国内的应用中占有举足轻重的地位。
而风电机组的预应力锚杆地基的施工，对风电项目的工期有很大的影响。
在风电机组建设中，对安装工程提出了更高的需求，因此，预应力锚杆地基的施工与施工具有十分重大的意义。
本文从风电场的预应力锚杆地基入手，对其进行了详细地分析。
关键词：风力发电机组；预应力锚栓；基础施工技术引言：在节能日益增加的今天，可循环利用的价值日益受到重视，而对环境保护的认识也日益加深。
因此，如何合理地开发和使用可持续发展的能源已成为当前的热点问题。
风力发电不但清洁、环境友好，而且可以减少能耗。
风电机组建设是风电机组建设中的重中之重，特别是预应力锚杆的建设技术，对此进行了深入的探讨，以防止出现的各种不良因素对整体工程的影响，从而使风电机组的使用性能得到进一步的改善。
一、新型预应力锚栓基础在风力发电系统中，水泥结构既要抵御最大的倾翻负荷，又要承担起塔架和设备的自重，保证其在多种负荷下的安全工作。
风力发电设备是风力发电项目中的关键环节，它直接关系到风力发电项目的投资和风场的稳定。
传统风力发电设备的地基都是在基座上嵌入一节基础环，在机组装配时，将基础环形凸缘与塔筒凸缘相结合。
采用预应力锚杆地基作为一种经典的米字形地基，对地基进行了荷载和受力分析，对地基进行了优化，降低了地基的钢筋和砼的使用率，节省了施工费用[1]。
锚栓与混凝土的灌浆并不是这样的地基，而是下锚板、上锚板、 PVC护管、锚栓等，用PVC护管将水泥与锚栓隔开，防止水流渗入到护管的内部，防止其被侵蚀。
一种风力发电预制混凝土塔架体内预应力张拉方法[发明专利]
![一种风力发电预制混凝土塔架体内预应力张拉方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/782b82d49a89680203d8ce2f0066f5335a8167b7.png)
(10)申请公布号 (43)申请公布日 2014.09.10C N 104033340A (21)申请号 201410153580.8(22)申请日 2014.04.17F03D 11/04(2006.01)(71)申请人中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司地址710065 陕西省西安市丈八东路18号(72)发明人杨静安 黄天润 申宽育 王明疆罗林 胡永柱 杨鑫平 李振作张鹏飞 周丹顺(74)专利代理机构西安智萃知识产权代理有限公司 61221代理人李东京(54)发明名称一种风力发电预制混凝土塔架体内预应力张拉方法(57)摘要本发明属于风力发电塔架结构技术领域，具体涉及一种风力发电预制混凝土塔架体内预应力张拉方法。
包括以下步骤：1）环段拼装：2）塔节拼装：3）对塔节施加预应力索：4）第一个塔节的固定：5）第二塔节的安装：6）第二塔节的固定：a ）释放预应力索：对称释放第二塔节体内同一直径上的预应力索；b ）张拉预应力索：对称张拉第二塔节体内同一直径上的锚索，张拉应力至设计标准；7）重复上述步骤安装固定完成塔架整体。
本发明的有益效果是：此张拉方法施工方便，操作简单，保证塔节之间预应力的有效传递和塔架施工期的稳定，减小了施工期的风险，提高预制构件拼装精度，加快预制构件的拼装进度，降低了吊装过程中辅助塔架稳定设备的费用。
(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书3页 附图3页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书3页 附图3页(10)申请公布号CN 104033340 A1/1页1.一种风力发电预制混凝土塔架体内预应力张拉方法，其特征在于：包括以下步骤：1）环段拼装：利用吊装机械把瓦片对位后拼装成一个环段；2）塔节拼装：利用吊装机械把环段拼装成一个塔节；3）对第一塔节施加预应力索：采用体内预应力施加方法将预应力索布置在第一塔节的预应力孔道内；4）第一塔节的固定：吊装第一塔节就位，并把第一塔节体内预应力索锁头与基础锁定装置锁紧；5）第二塔节的安装：吊装第二塔节，采用体内预应力施加方法将预应力索布置在第二塔节的预应力孔道内，将第二塔节底部预应力索锁头与第一塔节顶部预应力索锁扣锁紧；6）第二塔节的固定：a ）释放预应力索：对称释放第二塔节体内同一直径上的预应力索；b ）张拉预应力索：对称张拉第二塔节体内同一直径上的锚索，张拉应力至设计标准；7）重复上述步骤5）、6）安装固定完成塔架整体。
风电工程140m级装配式预应力混塔安全技术管控探讨
风电工程140m级装配式预应力混塔安全技术管控探讨随着我国能源结构及供给侧改革进程加快，传统风资源优势区域遇到电力消纳能力不足等问题，低风速区域风电开发已公认成为解决风电发展的必由之路。
此类地区平均风速较小，受地表粗糙度和大气垂直稳定度等因素影响，区域内风切变指数较大，为获得较为理想的收益，通常采用增高塔筒高度和增加叶片长度实现对风能资源的充分利用，提升发电量。
因此，高塔筒在国内开风电开发进入低风速时代的趋势下已经成为刚性需求。
目前，全球范围内高塔筒技术路线主要有全钢柔性塔筒、砼钢混合塔筒以及全混凝土三种。
图1 中东部低风速区域随着风电机组的大型化发展趋势及海上风机的应用，塔架的高度和截面尺寸随之增大，使得塔架在加工、运输及防腐等方面的问题逐渐浮现出来，由于混凝土塔筒相对全钢柔性塔筒在安全性能、承载力、防腐性能、运输成本、日常维护强度及运行状态方面具有更多的优势，近些年来，混合塔筒形式的风机由试验样机走向项目规模化应用起步阶段，单机容量规模也从1.8MW发展到2.0甚至2.2MW，单机容量开始有所上升趋势，为适应低风速区域，混合塔筒高度不断刷新纪录，从80米一直提升至目前的120米，混塔段从20米发展到目前的最高55米。
国内目前从事研究混合塔筒技术主要有新疆金风科技、运达风电、金海等风电设备厂家。
部分厂家试验样机已投入使用，从已运行的混塔样机来看，整体运行情况良好，风机等效小时数好于预期，因此整体来看，混合塔筒具备大规模发展的经济效益，并能有效的适应国内整体从三北地域向低风速区域发展的趋势，应用空间值得期待。
图2 风电机组发展的趋势2 项目特点依托深能高邮东部100MW风电场工程，安装50台风力发电机组，单机容量2.0MW，其中25台风力风电机组采用混合塔筒结构形式，轮毂高度140米，由55米混凝土段塔筒和85米刚性塔筒组成。
图3 深能高邮项目混塔实物图4 55米混塔效果图55米混凝土塔筒由16节预制混凝土塔筒段拼装而成。
高强预应力管桩施工技术在风力发电基础中的应用
高强预应力管桩施工技术在风力发电基础中的应用摘要：高强预应力管桩具有单桩承载力高、成桩质量可靠、造价低，施工速度快、对环境无污染等优点，随着中国风力发电的高速发展，高强预应力管桩正在风电塔基基础中逐渐推广应用。
本文对风电塔基基础预应力管桩的施工工艺技术进行论述。
关键词高强预应力管桩风电塔基基础、施工工艺1、前言风能以其无污染、可持续性好、发电量稳定的特点受到了人们的青睐。
自2006年1月1日《可再生能源法》正式实施以来，我国风电得到快速发展，高强预应力管桩在风电塔基基础中也逐渐推广应用。
2、工程概况及PHC桩特点2.1工程概况国华瑞丰（沾化）风力发电一期工程，位于沾化县北部约40km处沿海滩涂，拟安装25台同一型号2000kW等级风力发电机组，总装机容量为49.5MW。
风机基础设计均为PHC-AB600（130）型预应力混凝土管桩，单桩竖向承载力为850KN，竖向抗拔承载力特征值为320kN，水平承载力特征值为40kN。
拟建场址区勘测深度内揭露地层主要为为第四系全新统海陆相交互沉积层（Q4mc），地表分布有第四系人工填土层（Q4ml）。
揭露各土层为素填土、粉土、粉质粘土和粉砂。
以粉质粘土层作为桩端持力层。
风机基础管桩共分4圈布置，最外圈为23棵，第二圈为16棵，第三圈为6棵，最内圈为3棵。
其中内圈为77棵15米基础环下桩外，其余为1172棵28米风机位基础桩。
2.2PHC桩特点（1）混凝土强度高，PHC桩强度≥C80，成型后在高压（10个大气压）高温（180°）下养护3～4d；（2）单桩承载力高，设计范围广；（3）成桩质量好，沉桩后桩长和桩身质量可检测；（4）单桩长度可任意设计，不受施工机械能力和施工条件限制；（5）桩身耐锤击和抗裂性能好，穿透力强；（6）造价低，施工速度快，对环境无污染，能保证文明施工。
3、施工工艺工艺流程：测量定位→桩机就位→第一节桩焊接端头板→对中调直、沉桩→第二节桩接桩、防锈处理（环氧树脂）→锤击沉桩→沉桩至设计标高→下一桩位施工3.1打桩前准备打桩机械选择：根据工程地质及现有的施工条件，本工程选用步履式桩架，桩架高度22m，起吊能力为15吨以上的8吨筒式柴油锤进行试桩的施工，试桩时管桩打入较顺利，后期增加设备时选择6吨筒式的柴油锤和8吨的导杆式柴油锤。
海上风电漂浮式基础C115~C140超高性能自密实混凝土
专利名称：海上风电漂浮式基础C115~C140超高性能自密实混凝土
专利类型：发明专利
发明人：王军,刘晓峰,邹荔兵,张启应,陈发桥,余辉
申请号：CN202111279465.1
申请日：20211028
公开号：CN113968703A
公开日：
20220125
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种海上风电漂浮式基础C115～C140超高性能自密实混凝土，每立方混凝土包括以下重量组分：胶凝材料700～750kg，细骨料675～800kg，粗骨料875～1010kg，减水剂7～16kg，水105～120kg，混凝土总容重为2480～2530kg/m3。
本发明标养下最高强度56天155MPa和90天163MPa、最低单方水泥用量245kg、倒筒排空时间4～8s、T500流速5～10s、自密实填充性Ⅱ级以上、绝热温升不大于68.5℃、7天自收缩率不大于0.08％、56天氯离子电通量不大于100库仑、抗硫酸盐侵蚀能力达KS240以上、施工粘度可与普通C50混凝土媲美，混凝土综合性能及成本明显优于同级别掺钢纤维UHPC，符合高性能、绿色和低碳理念，在海上风电与陆上风电领域均具有广阔的应用价值。
申请人：明阳智慧能源集团股份公司
地址：528437 广东省中山市火炬开发区火炬路22号
国籍：CN
代理机构：广州市华学知识产权代理有限公司
代理人：冯炳辉
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预制风电混凝土塔筒领域技术研究报告
预制风电混凝土塔筒产业领域技术研究报告一、风电混凝土塔筒产业领域概况根据全球风能理事会（GWEC）统计，2013年全球风电装机新增35.467GW，2022年全球风电新增达到77.6GW，其中陆上风电装机68.8GW，到2050年，年新增市场达到208GW，累计市场容量达5,806GW。
我国风电场建设始于20世纪80年代，在其后的十余年中，经历了初期示范阶段和产业化建立阶段，装机容量平稳、缓慢增长。
自2003年起，随着国家发改委首期风电特许权项目的招标，风电场建设进入规模化及国产化阶段，装机容量迅速增长。
特别是2006年开始，连续四年装机容量翻番，形成了爆发式的增长，风电累计装机容量占全球比重从2000年的约2%增长至2019年的约36%，远超过全球平均水平，已成为全球风力发电规模最大、发展最快的市场。
据GWEC估计，2022—2027年中国新增风电装机量占全球新增风电装机量的比重将始终保持在40%以上，到2026年中国风电年新增装机将超过60GW，其中陆上风电超过50GW。
前瞻预计，2027年中国风电新增装机规模进一步提高至66GW左右，2023—2027年新增装机容量复合增速约5.64%。
苏州混凝土水泥制品研究院有限公司2016开始依托《预制拼装式混凝土风电塔架工程化关键技术研究开发》项目开展预制混凝土风电塔筒相关研究，目前已完成C80、C95级超早强自密实风电塔筒管片制备成套技术研究、超高性能混凝土（C150级）风电塔筒管片制备成套技术研究、C80、C95级超早强自密实风电塔筒管片拼装用水泥基预混料成套技术研究，依托公司研发技术，建成140 m～170 m 级混凝土塔筒40套以上，累计混凝土用量超30000 m³。
2023年10月公司研发的采用超高性能混凝土（UHPC）技术生产的风电塔筒，成功应用于“风领新能源180米风机-涟水巨石风电项目”。
这是全球范围内UHPC150塔筒首次投入工程化应用，实现了我国风电行业在风机塔筒稳定性和安全性设计上的又一次飞跃。
风力发电机组超高柔性钢制塔架风险研究及技术应用
风力发电机组超高柔性钢制塔架风险研究及技术应用摘要：随着风资源的不断深入开发，高塔架作为探索高空优质风资源的主要手段日益受到市场的关注。
钢制柔性塔架作为高塔架中的一员，具备高塔架的高发电量的优势，同时也继承了传统塔架的生产、运输及吊装模式。
但是，由于柔性塔架塔架阻尼低，且塔架一阶频率出现在风机运行转速范围内，因此在无控制保护的情况下会存在一定的风险。
由此开发的共振转速规避技术以及塔架加阻技术，通过测试数据的验证，有效的降低的机组的振动，并防止了共振现象的发生，保证了机组的安全稳定运行。
关键词：高塔架；柔性塔架；发电量；控制策略；共振；振动；塔架加阻背景近年来，发达国家在风力发电行业取得了显著的成就，超高塔架应用技术得到大幅度提升。
相比于风资源情况较为良好的国际市场（风电场地势平坦，湍流小，无复杂地形地貌），中国的风资源分布较为分散。
但随着风力发电技术的不断进步，以及目前市场对于新能源电力的需求的增加，目前对于风电等清洁能源认知的不足，导致我国风电上网比例远远落后其他国家，外送通道的不完善，造成弃风限电逐年增加，使得目前的风电场在生产中无法发挥其正常效能，而造成大量的风能损失。
随着风电技术的不断进步发展的需要，给低风速风电的发展带来新的契机，使得高轮毂塔架技术的研发成为一个首要条件，这对低风速风电场的风能资源评估，项目开发设计，以及风机配套部件的经济性提出了更高的要求。
低风速风电场基本处于中东部和泛南部区域，接近用电负荷中心，从弃风限电角度考虑，要远远优于风能资源较好的三北地区，尤其是河南、江苏、山东等平原地区平均风速较小，受地表粗糙度和大气稳定度等因素影响，区域内风切变较大，这类风电场适宜高轮毂高度的风电机组开发。
无论是从开发清洁能源市场角度，还是从提高单个风电场的最终效益出发，超高塔架的应用技术研究均具有极其重要的意义。
1 实验方法与材料1.1 GH BladedGH Bladed软件是一款由英国Garrad Hassan and Partners Limited公司（以下简称GH公司）开发的用于风电机组设计的专业软件。
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高强度自密实预应力混凝土风电塔架产业化技术分析
[摘要] 风力发电行业目前遇到两个发展瓶颈，其一，风力资源丰富地区一般不缺电且电力送不出去，其二，经济发达地区缺电而风力资源不好。
解决的方法是将风塔提高，利用高空的风资源解决经济发达地区的风力发电问题，而采用高强度预应力混凝土塔架是最优的选择。
[关键词] 高强度预应力混凝土风电塔架
高强度自密实预应力混凝土风电塔架（以下简称预应力混凝土塔架），是采用高强度自密实预应力混凝土技术和材料，替代传统钢制风电塔架，应用于低风速风电场和大功率风电机组的新型塔架，主要技术特点为采用新型材料、采用整体分片式新型设计，实现分体制造、分体运输和分体现场总装，解决超大直径风电塔架的制造、运输和安装的行业难题。
预应力混凝土塔架和传统的钢制风电塔架相比具有如下优势
1、采用分片式新型设计，突破陆路运输的极限尺寸限制，实现大型风电塔架分体式运输；
2、具有良好的阻尼特性，吸能效果好，其抗冲击和抗疲劳性能优越；
3、具有良好的耐久性，可以适用不同的风场环境，后期维护量很小；
4、具有钢制塔架的同等刚度，保证机组的运行性能不用改变，仍可以采用柔性塔架设计；
5、区别于钢制塔架的设计控制点，预应力混凝土塔架静强度满足要求时，几乎没有屈曲问题，充分利用了预应力混凝土材料的优越性能；
6、塔体自身重量大，结构稳定，竖向载荷较钢制塔架增加较大，有利于基础设计的稳定性；
7、国内预应力混凝土塔架整体支撑结构的成本相比于传统钢制塔架具有一定优势，特别是大功率风电机组塔架高度超过100m后，优势明显，具有很好的市场前景。
预应力混凝土塔架实现产业化可以有效解决两个方面问题
其一，有效的解决低风速风电场的利用问题。
随着风力发电项目的高速推进，经济发达或电网具备输送条件地区的优质风电场资源逐渐减少，如何快速有效的利用我国分布广阔的低风速地区风能资源，将成为今后风力发电行业的关键课题，也将是风力发电行业健康、持续发展的关键。
提高风力发电机组单机容量、改进风电机组运行特性、增高主机轮毂高度和加大叶片的设计直径，是解决低风速风电场获取更多风能资源的最佳选择，伴随着主机轮毂和叶片高度的不断提升、伴随着主机功率的不断加大，传统钢制塔架越来越不适应发展需要，为新型预应力混凝土塔架产业的发展，提供了良好的机遇。
其二，有效的解决了风电主机大型化带来的能力输入问题。
风电机组具有不断大型化的发展趋势，钢制塔架受机组大型化、轮毂增高化，以及钢结构材料特性、陆路运输条件、钢结构成本急剧增加
等因素的影响，将成为风电产业发展的瓶颈，越来越不能满足风电产业技术发展的要求。
新型预应力混凝土塔架，采用国际上先进的风电塔架制造材料和技术，形成独特的设计方法、生产工艺、吊装方法，无论从技术性、经济性，还是对预应力混凝土产业的整体提升、未来发展的促进来说，都是非常理想的选择。
实现预应力混凝土塔架产业化需要解决的关键问题：
1、新型塔架处于不同风区（环境类别、载荷工况、产业配置等）条件下的设计方法、生产工艺、运输和吊装方法研究；
2、新型塔架抗震性能的设计研究；
3、新型塔架的使用对整个风电投资的影响、综合经济性分析研究；
4、新型塔架的使用，对风电机组传统的安装方式、流程的影响研究；
5、新型塔架的产业模式研究；
6、新型塔架连接节点标准化、系列化的设计研究；
7、新型塔架的基础设计、基础施工研究；
8、c100及以上级别的高强度混凝土应用在承受复杂和交变荷载的大型结构的研究。
目前国内外现有技术、知识产权和技术标准现状
1、国外现状与趋势
国外风电产业技术水平较高国家在研究、应用预应力混凝土塔架时间较长、技术能力较强，配套的产业基础好。
目前包括enercon、
vestas、nordex等公司，在欧洲都小规模应用了预应力混凝土塔架。
包括ge、gamesa等公司都在积极开展这项工作，准备近期试制样机，其中gamesa准备明年在我国内蒙古安装试验一台4.5mw样机，采用新型预应力混凝土塔架，所有混凝土塔架的结构体、连接部件由欧洲本土公司提供。
设计、制造方面，有ats(mecal子公司)、hormfuet、inneo、ms-techno等，由于欧洲材料、人工费用相比国内昂贵，故预应力混凝土塔架还未规模化，但在一些特定的地区、大型机组都在不断尝试，逐渐采用该技术。
预应力混凝土塔架在国外应用较早，形式也比较丰富，相关设计公司有pec、ms-techno、ats(mecal )等；相关生产企业有ats(mecal)、hormifuste、inneo-torres、max
bög1等，其中mecal具有设计、生产、安装的整套供货能力，也是该领域实力较强的企业，其在欧洲占有较大市场，目前准备进入国内市场。
2、国内现状与趋势
我国预应力混凝土行业发展较早，但与现阶段国际水平相比，存在技术断层、人才断层、生产工艺技术粗放、缺乏精细化系统管理，高强材料应用不普及等方面的差距，预应力高强度混凝土在复杂装备制造业上的应用尚属研发或小批量试产阶段。
在国内专利方面，主要是辽宁大金重工股份有限公司持有的预应力混凝土分片塔架
的专利技术，具有技术的自主性。
国内多家主机厂家和制造商正在重点关注和准备介入新型塔架
产业，由于国内的材料、人工费用较低，通过初步设计的评估，预应力混凝土塔架成本相比钢制塔架具有优势，又由于目前钢结构塔架遇到的诸多瓶颈问题，预应力混凝土塔架将成为未来发展的方向，其产业配套和技术能力的提升会加快。
结束语
我国经济发达或电网具备输送条件地区的优质风电场资源逐渐减少，目前尚存大量低速风电场，应用预应力混凝土风电塔架可使主机获得更多的高空风力资源，保证足够的能源输入，从而促进低速风电场的开发利用。
低速风电场的开发利用扩大了风电场可利用资源，有利于风电产业的发展，解决经济发达地区缺电问题，具有广阔的经济和社会效益。