一、立项背景

　　我国风能资源丰富区主要分布的“三北”地区，近年来“弃风限电”现象越来越严重，风电发展重点需向用电需求更大的东部和南方低风速区域转移。为了充分开发低风速、超低风速区域的风电资源，增高塔架高度增大轮毂处风速是重要方法之一。

　　现阶段，国内风电塔架的传统结构为全钢制塔架，这种塔架在高度超过90m以上时振幅较大、频率变低，呈现出低频大振幅的“柔性”特点，严重时会与风电机组发生共振，对机组运行造成严重安全影响，大振幅造成机头“点头”的现象也会造成发电机水平轴发生夹角，叶片的设计受风面发生夹角，易损失发电量。此外，90m以上风电塔架所受载荷较大，底部直径也大。传统全钢制塔架由于整体卷轧成型、整体运输，会超过我国公路规定的“4.5m的道路限高及限宽”的要求，无法运输。因此，传统全钢制塔架无法解决我国低风速区域的发电问题。

　　混合塔架指的是采用钢材与混凝土材料组合的新型预应力混合式风电塔架，钢材与混凝土结合的新型预应力混合式风电塔架是当前世界最先进的解决高塔架设计的方案之一，其具有很多优势：阻尼特性和吸能效果好、抗冲击和抗疲劳性能优越、耐腐蚀和耐久性良好、并且该塔架不仅可以在现场施工减少运输成本和吊装成本，还在可以在工厂预制生产，分片分段运输、现场装配，解决了传统钢制塔架所遇到的问题并能解决一般混凝土结构现场施工产生的粉尘污染、噪音污染、水电浪费等建筑污染问题。

　　二、研究内容

　　本项目研究包括140m超高风力发电钢混塔架的整机载荷设计计算、总体设计、钢塔架段设计和塔筒内附件设计、混凝土段结构设计和试验以及项目的应用推广等。项目以关键技术研发为目标，建立了140m钢混塔架的设计、生产、运输、吊装、测试验证各环节的技术与工艺，并配合产业化项目进行了工程应用尝试和验证。在此基础上，积累了大量的开发与应用经验。本项目完成了项目预期目标，完成对140m混合塔架关键技术的研究，在推进关键技术研究的同时已完成项目产业化，并对其中关键技术建立了相应了自主设计能力。

　　本项目完成了55m预制混凝土段的设计、生产和吊装工作。同时对风机基础形式、预制装配式节点拼装工艺、预制装配式结构模具、体内预应力索孔道精确生产和定位工艺等进行了创新性的研究。在实际应用过程中，取得了很好的效果，提高了施工质量，缩短了工期。

模具现场拼装图

预应力孔道精确对位工艺图

　　三、关键技术和创新点

　　本项目开发的140米风力发电混合塔架，实现了低风速高切变地域风力资源的高效利用。本项目成果风力发电混合塔架采用55米预制装配式预应力混凝土结构和85米钢制塔架结构形式，优化了塔架的刚度，提高了抗疲劳性能以及运行的稳定性。本项目研发的平板式空心基础、塔架与基础的连接方式、预制装配节点拼接工艺、大直径高精度的模具、新型现场拼装平台、监测手段和监测方案，有效提高了生产效率和生产质量，降低了施工周期和施工成本。

　　四、经济和社会效益

　　截止2018年12月15日，北京天杉高科风电科技有限责任公司混塔订单数量109.7万千瓦，共计527台，已经完成吊装154台、并网运行92台，其中100米混塔完成吊装67台，120米完成吊装110台，140米完成吊装38台。该技术在江苏高邮东部风电场、河南天润滑县金堤风场等多个工程应用，取得显着的社会经济效益。

　　钢混塔架在风场建设当地建立混凝土塔筒预制场地，钢筋、混凝土、预应力索、其它钢埋件等用量较大，不仅增加当地劳务就业，增加当地政府税收，还能带动相关产业链的发展，包括整机研发与制造、零部件研发与制造、技术服务、技术咨询，促进经济发展。而且，风电场可以开发成为城市周边的旅游资源，丰富居民的日常生活。

　　通过钢混塔架的研发，可以极大降低现有低风速风力发电机组的投资，促进低风速地区风电行业和建筑建材及相关设计咨询行业的发展。由于风力发电绿色环保，如果按投产75万千瓦机组推算，可发电16.5亿kWh，相当节省燃煤60万吨，减少温室气体二氧化碳排放102万吨，减排有害气体二氧化硫852吨，氮氧化物6102吨，烟尘7332吨，环保作用十分明显。

　　五、总结

　　本项目成果形成了具有自主知识产权的140米风力发电混合塔架的成套关键技术，已获得实用新型专利4项，申请发明专利4项，编制企业标准4项，为我国充分开发低风速、超低风速区域的风电资源提供了一种可靠技术。

　　本项目促进风电塔架产业链的绿色升级和产品设计升级，引领风电塔架的设计技术变革和预应力技术、预制装配式技术的升级。带动建筑行业和钢铁行业向多元化转型，推动高科技含量的绿色预制构件产业发展，为中国城市迈向世界一流的绿色环保城市添砖加瓦。

140m混合塔架吊装图