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以下为发言全文:
感谢各位同仁和专家,今天下午和大家分享的专题是风电支撑结构,汇报分为三部分:支撑结构发展趋势、多元支撑结构解决方案、市场布局。
统计2023年新装机容量,海上9.3兆瓦,陆上达到5兆瓦的规模。下面这张图(PPT),展示的是风电塔筒结构,主要是受弯曲的控制,以前载荷是6-8万区间,随着机组容量的增大,载荷已经达到15-17万。这种载荷塔筒的直径要突破5米,受限于塔筒发展。
同时,随着机组大型化的发展趋势风电设计成本中,塔筒占比也是提升的。基于以上的特点,我们思考支撑结构未来怎么走?
一是海上一体化技术,现在传统设计分为设计院、主机厂商。设计院负责基础,主机厂商负责塔筒和主机板块,里面涉及到多单位、多业务单元协同,迭代工作量也比较大,同时迭代周期比较长。
比如主机厂商在计算风机载荷要考虑波浪流的作用,我们建模时已经考虑到把所提供的载荷反馈给设计院,设计院又会单独加一点浪载,这上面就有有设计的冗余,整体的工程量并不是最优。
二是单装式的基础设施,传统叫P-Y曲线,采用的设计路线是沿用小的管装数据,不能适应大直径单装,普遍现在做的单装直径达到7-8米,要对P-Y曲线进行修正,确保精确性。
所以我们引入PISA的方法,它把桩土进行修正P-Y曲线,同时打造海上一体化设计平台,首先是泥面处载荷降低25%,同时机组塔架和分析采用全时程耦合分析,疲劳荷载更精准,可以降低支撑成本8%以上。同时做结构寻优,考虑到基础、塔筒、主机频率、波浪频率的匹配,可以降低支撑结构成本大概是在10%以上。
针对陆上着重介绍三款产品:
一是钢混塔筒。经过这么多年的发展比较成熟稳定,它的核心优势是发电量可靠、本身结构的可靠性,现在混塔市场占比规模已经提升上来了。
二是施工。通过这么多年的经验,效率也能得到保障。以前对它的定位是低风速的地区,现在随着机组容量的增加,需要考虑大兆瓦机组和大风轮机组支撑结构的适配性,钢塔直径设计瓶颈和整体的经济性,不如现在的混塔。适用范围,更多是瞄向三北大基地,以及沙戈荒。
我们在钢混塔方面做了哪些研究?首先是对结构频率的寻优,做全时程分析频率的情况。我们找到塔底和塔身极限载荷区间解,综合考虑材料成本、运输成本、吊装成本确定塔筒的比例。右下角的图,塔筒频率适合范围有顶峰,在顶峰上做频率的下滑。
塔筒不可避免的结构非线性转阶段,海装在转阶段上做大量的理论分析和实验验证。钢混过度段是材料非线性和结构的非线性,受力也非常的复杂和特殊。所以我们做大量理论分析的情况下,还做模型的所比实验,我们采用钢混的形式。实践结论表明,钢混组合形式的受力特性,较纯混凝土提升2.5倍。
三是混塔裂纹进行限制,以及开展相应的模拟分析,以及做局部释块和模型的验证,去探究裂纹发展的变化趋势。
下一块介绍海装在其他高塔领域做的样品,这款产品是“格构式塔架”,今年在山东有样机,今年在稳定的运行。为什么我们要推出款产品?从钢塔的演化到混塔,未来往高大做的趋势是延续的。为了承接更大的载荷,要考虑更多的结构形式去应对。格构式塔有什么特点?承载力更高、部件采用工厂预制、施工效率可以得到保证没有模具费用、运输灵活性可以得到保证、占地面积小。
我们对这款产品的定位是低风速和高切片、复杂地形,把它定位成未来超高塔市场的利器。
格构式塔受力特点,为什么采用钢管混凝土?一是钢管对混凝土的套估作用,混凝土是受压的构件,但是风机受弯矩作用有一侧是受拉的,需要用钢管给它做套估。刚才这一块,抗屈服的能力也是非常关键的一点,可以通过混凝土对它做支撑。
以前传统塔筒的结构是圆柱形式,材料利用率并没有得到发展,柱面形式之间的材料利用率会更高。我们在产品推出前也做了大量的模型实验,新产品构件涉及到非常多的节点,来源于强度较核采用节点载荷进行验算,但只是理论上的计算,真正到节点上的受力非常复杂,我们要考虑承载能力,以及做破坏性的实验,所以也开展所比的模型实验,来确保整个结构的受力特性是可靠的。
大家关注格构柱的连接是采用铆栓的形式,首先我们采用的是环槽铆钉技术,在航空航天都有广泛的应用,特制的牙形达到紧固的作用。在此之外,我们还做相应性能的实验,去看整个铆钉和螺栓极限抗拉的对比。同时,我们也做探究看松动情况下对整个支撑的影响。
装配式基础,为什么我们要推呢?现在的风电场基础也有一定的局限性,有一些隐蔽工程没有办法达到100%可靠,所以提出装配式基础的产品。这款产品首先是适配性比较高,市面上所有的钢塔都能做到标准化的设计,包括机型范围非常广。同时采用工厂预制,可以实现现场免维护,缩短它的工期,缩短工期就是一个很大的优势,而且对它的定位也是用在沙戈荒大基地的项目。
工厂预制质量会更可控,流水化的作业使它的经济性非常有保障。
装配式基础结构形式,分为预制构件通过拼缝连接实现组装,其余与现有的技术形式相同,适用场景也是能够适应的范围。在这一块关注装配式基础的受力特点,抗减设计和整体连接新的设计,这一块做的受力分析,包括对它的安装工艺做一定的研究,主要是针对同心度的控制,以及灌浆工艺的验证,这款产品会在年底推出来,完成实验样机的装机。
针对上面的几类产品,我们再简单的回顾一下针对陆上布局,依托于中东南部地区的混塔技术,逐步向三北地区进军,同时装备基础也定位在这里,把它定位在中东南部超高塔区域和低风速区域。同时围绕海上一体化建设,打造海上精品。
我的汇报结束,谢谢。
(根据演讲速记整理,未经演讲人审核)
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