5 鋼筋混凝土風(fēng)力發(fā)電塔的優(yōu)勢
除結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)、動力放大系數(shù)較小之外,鋼筋混凝土風(fēng)力發(fā)電塔還有如下優(yōu)勢:
(1)造價低廉。在裝機(jī)容量相同的情況下,圖10 給出了現(xiàn)澆鋼筋混凝土塔、預(yù)制鋼筋混凝土塔、鋼塔Q390 和鋼塔Q235 的造價比較。總體上,鋼筋混凝土塔的造價要少于鋼塔的造價。其中,預(yù)制混凝土塔的造價要低于現(xiàn)澆混凝土塔的造價。對于鋼塔而言,采用高強(qiáng)鋼的造價較低。需要指出,這里的造價包括了塔筒和基礎(chǔ)兩部分。
(2)耐腐蝕性強(qiáng)。腐蝕性差一直是困擾鋼塔的問題,其相應(yīng)的維護(hù)費(fèi)用非常昂貴。而鋼筋混凝土風(fēng)力發(fā)電塔因自身材料的特性,具有較強(qiáng)的耐腐蝕性,更適合在強(qiáng)腐蝕性環(huán)境(如海洋環(huán)境)中建造。
?。?)抗疲勞性好。風(fēng)電機(jī)組需要長期承受多重隨機(jī)動力激勵(如風(fēng)荷載、海浪荷載、地震作用等),疲勞失效問題日益凸顯。經(jīng)過20 年(一個設(shè)計周期)的疲勞損傷累積之后,風(fēng)力發(fā)電鋼塔連接構(gòu)件的可靠度將大為降低。由于鋼筋混凝土風(fēng)力發(fā)電塔的設(shè)計壽命一般可達(dá)50 至100 年,在經(jīng)過一個設(shè)計周期之后尚可重復(fù)利用。
?。?)塔筒與基礎(chǔ)連接方便。除部分海上基礎(chǔ)之外,機(jī)組基礎(chǔ)多采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。因為材質(zhì)各異,鋼塔與基礎(chǔ)之間連接需要用基礎(chǔ)環(huán)過渡,而基礎(chǔ)環(huán)與基礎(chǔ)混凝土連接部分通常會出現(xiàn)嚴(yán)重的應(yīng)力集中。為削弱這種現(xiàn)象,需要在連接處配置大量鋼筋。不同的是,混凝土塔筒與基礎(chǔ)之間可通過直接澆筑連接,既簡單又經(jīng)濟(jì)。
(5)無運(yùn)輸?shù)跹b限制。由于過橋等因素的限制,一般認(rèn)為塔筒運(yùn)輸?shù)臉O限直徑是4.3m,極限重量是60t。因此,對于結(jié)構(gòu)尺寸更大的風(fēng)力發(fā)電鋼塔而言,運(yùn)輸問題難以解決,吊裝也極為不易。對于鋼筋混凝土風(fēng)力發(fā)電塔而言,可以采用現(xiàn)場澆筑、滑模施工的方式,不存在運(yùn)輸?shù)跹b限制。
?。?)無塔體厚度限制。鋼板的彎曲成形是個很復(fù)雜的工藝,要將厚鋼板彎曲成環(huán)狀對設(shè)備要求很高。一般地,風(fēng)力發(fā)電鋼塔彎曲成形的極限厚度為50mm,這勢必限制風(fēng)力發(fā)電鋼塔向大型化發(fā)展。不同的是,鋼筋混凝土風(fēng)力發(fā)電塔通常是澆筑而成,其厚度取值有更大的靈活性。
7)優(yōu)良的減噪效果。風(fēng)力發(fā)電機(jī)在正常運(yùn)行時會產(chǎn)生噪音,鋼筋混凝土塔筒能夠有效地降低噪音的輻射,達(dá)到優(yōu)良的減噪效果。
由上述可知,鋼筋混凝土風(fēng)力發(fā)電塔優(yōu)勢非常明顯,故而不難預(yù)測其美好的未來。事實(shí)上,倘若能夠引入高強(qiáng)混凝土與碳纖維混凝土,更有如虎添翼之感。然而,鋼筋混凝土風(fēng)力發(fā)電塔亦存在施工(尤其是海上施工)難度較大、施工周期較長等問題,這需要進(jìn)一步研究。

圖10 風(fēng)力發(fā)電高塔造價比較

表1 風(fēng)電機(jī)組動力響應(yīng)比較