钢筋混凝土风力发电塔风致动力响应分析

　　5 钢筋混凝土风力发电塔的优势
　　除结构动力响应、动力放大系数较小之外，钢筋混凝土风力发电塔还有如下优势：
　　（1）造价低廉。在装机容量相同的情况下，图10 给出了现浇钢筋混凝土塔、预制钢筋混凝土塔、钢塔Q390 和钢塔Q235 的造价比较。总体上，钢筋混凝土塔的造价要少于钢塔的造价。其中，预制混凝土塔的造价要低于现浇混凝土塔的造价。对于钢塔而言，采用高强钢的造价较低。需要指出，这里的造价包括了塔筒和基础两部分。
　　（2）耐腐蚀性强。腐蚀性差一直是困扰钢塔的问题，其相应的维护费用非常昂贵。而钢筋混凝土风力发电塔因自身材料的特性，具有较强的耐腐蚀性，更适合在强腐蚀性环境（如海洋环境）中建造。
　　（3）抗疲劳性好。风电机组需要长期承受多重随机动力激励（如风荷载、海浪荷载、地震作用等），疲劳失效问题日益凸显。经过20 年（一个设计周期）的疲劳损伤累积之后，风力发电钢塔连接构件的可靠度将大为降低。由于钢筋混凝土风力发电塔的设计寿命一般可达50 至100 年，在经过一个设计周期之后尚可重复利用。
　　（4）塔筒与基础连接方便。除部分海上基础之外，机组基础多采用钢筋混凝土结构。因为材质各异，钢塔与基础之间连接需要用基础环过渡，而基础环与基础混凝土连接部分通常会出现严重的应力集中。为削弱这种现象，需要在连接处配置大量钢筋。不同的是，混凝土塔筒与基础之间可通过直接浇筑连接，既简单又经济。
　　（5）无运输吊装限制。由于过桥等因素的限制，一般认为塔筒运输的极限直径是4.3m，极限重量是60t。因此，对于结构尺寸更大的风力发电钢塔而言，运输问题难以解决，吊装也极为不易。对于钢筋混凝土风力发电塔而言，可以采用现场浇筑、滑模施工的方式，不存在运输吊装限制。
　　（6）无塔体厚度限制。钢板的弯曲成形是个很复杂的工艺，要将厚钢板弯曲成环状对设备要求很高。一般地，风力发电钢塔弯曲成形的极限厚度为50mm，这势必限制风力发电钢塔向大型化发展。不同的是，钢筋混凝土风力发电塔通常是浇筑而成，其厚度取值有更大的灵活性。
　　7）优良的减噪效果。风力发电机在正常运行时会产生噪音，钢筋混凝土塔筒能够有效地降低噪音的辐射，达到优良的减噪效果。
　　由上述可知，钢筋混凝土风力发电塔优势非常明显，故而不难预测其美好的未来。事实上，倘若能够引入高强混凝土与碳纤维混凝土，更有如虎添翼之感。然而，钢筋混凝土风力发电塔亦存在施工（尤其是海上施工）难度较大、施工周期较长等问题，这需要进一步研究。

图10 风力发电高塔造价比较

表1 风电机组动力响应比较