中船海装风电有限公司塔筒事业中心技术营销总监彭棠:多元支撑方案解锁全域应用场景

能见App 2023年10月18日 4787

2023年10月16日-19日,2023北京国际风能大会暨展览会(CWP2023)在北京如约召开。作为全球风电行业年度最大的盛会之一,这场由百余名演讲嘉宾和数千名国内外参会代表共同参与的风能盛会,再次登陆北京,聚焦中国能源革命的未来。

本届大会以“构筑全球稳定供应链 共建能源转型新未来”为主题,将历时四天,包括开幕式、主旨发言、高峰对话、创新剧场以及关于“全球风电产业布局及供应链安全”“双碳时代下的风电技术发展前景”“国际风电市场发展动态及投资机会”“风电机组可靠性论坛”等不同主题的21个分论坛。能见App全程直播本次大会。

10月18日下午,中船海装风电有限公司塔筒事业中心技术营销总监彭棠在风电产业技术创新论坛II上发表题为《多元支撑方案解锁全域应用场景》的主题演讲。

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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