揭秘擎天巨人的“安全基因” ——5个角度讲解混塔的安全性

  在风电机组大型化、大功率化的发展的新趋势下，混塔开始受到关注。根据CCPA风电混塔分会的调研显示，轮毂高度超过140米，混塔就开始展现其经济价值、安全性、稳定性等优势。

  2023年，全国（除港、澳、台地区外）风电机组中标量为6632.2万千瓦，陆上风电机组中标量为5925.7万千瓦。其中确认为混塔项目的为 1786.9万千瓦，占陆上风电机组总中标量的30.2%。主流的单机容量在 5.X 和 6.X 兆瓦（MW）范围内，使用的混凝土材料类型为 C75-C80，塔筒高度约为 160-170 米。（数据出自2023年中国风电混塔年度行业发展报告。）

  根据中新经纬对“和展能源”董事长王海波先生的采访中得知，若国家每年的风电装机如果按照一亿千瓦计算，使用混塔，从现在的140米升级到200米，大概能增加发电量500千瓦时/千瓦年，20年带来的新增电费收入约3500亿元。相当于只需增加700亿元成本，每年就带来150亿元的收益，产业的商业经济价值是非常巨大的。

  混塔行业的健康发展对风电行业有着举足轻重的重要性，值得让从业者们团结起来，共同保护好行业的秩序并维护行业的健康发展。为了消除对混塔的误解，本篇文章将从设计、生产、运输、安装和运维方面来介绍混塔全流程的安全管控。

  混塔的安全性是一个全面的概念，覆盖了设计、生产、安装和运营的各个阶段，和大家一起了解下每个阶段的关注点，以及对大家普遍关注的问题进行解答：

  混塔的安全性是确保风电塔架正常运行的首要条件，承担来自五个主要方面的载荷：稳定载荷、循环载荷、随机载荷、瞬变载荷和共振激励载荷。为满足这些要求，混塔的结构性能必须从力学角度确保安全。

  在混塔的生产的全部过程中，工厂的生产环境、设备条件、供应链的管理、质量控制、技术创新、工人的水平是影响质量安全的重要因素。

  针对生产环节，CCPA风电混塔分会与中国船级社质量认证有限公司携手，推出工厂生产能力评价工作，为行业提供更优质的选择。本次评价体系，以ISO 9001框架为基础，并结合行业发展现状，参考多项国家、团体标准，力求打造一个全面、客观、公正的评价体系。评价内容涵盖工厂能力的每个方面，包括原材料、生产环境、生产设备、生产的基本工艺、人员能力、质检/记录等。评价形式包括文件审查、现场审查、实验室检查、人员访谈等多种形式，确保评价结果的全面性和准确性。

  专业的运输公司一定要做好详细的路线规划，确保混塔在运送过程中不受损坏，并采取必要的保护措施保证安全运抵现场。

  安装过程中，混塔设计及生产企业在混塔安装过程中起着及其重要的作用，混塔企业应派驻项目管理人员，对进场的混塔构件及配套部件产品做质量、数量交接检查，确保进场产品质量和数量满足设计图纸和安装质量发展要求；应在混塔安装前，组织对安装单位做技术培养和训练和质量监督。安装团队通过培训后，需具备处理复杂安装任务的能力，沟通协调能力，由此减少安装过程中可能引发的安全隐患。

  尽管在设计和生产阶段已经采取了最严格的措施，风电钢混塔在服役期间，仍可能面临缺陷和需要维修的情况。必须要格外注意的是并非所有的缺陷都能引发严重的安全事故，混凝土塔筒构件的缺陷按其对质量的影响程度，分为一般缺陷和严重缺陷：

  1) 一般缺陷：对构件的外观品质造成影响，尺寸偏差等数据在允许偏差范围，不影响结构的安全。能够最终靠修补方式，使其重新满足使用功能和出厂质量控制要求。

  2) 严重缺陷：不仅对构件的外观品质造成影响，而且影响了结构使用安全，超出了质量控制范围。此时应评估对安装和结构安全的影响区域，必要时进行无损伤或结构监测。对可通过加固等技术方法处理的，应制定专项加固方案，形成结构分析报告。对结构影响大，加固等技术方法处理后，也无法达到设计技术方面的要求的构件，应进行报废处理。

  在混凝土塔筒结构设计时，应来安装阶段的吊装、涡激等方面的结构安全复核。

  混凝土塔筒结构吊装时，应根据吊装的特点，确定环间座浆时调平垫块的面积、数量和材质，满足塔筒段顶部调平以及承受上部塔筒吊装时的自重荷载要求。应根据塔筒段自重和吊装安全要求，确定吊装时每段塔筒吊点荷载大小，计算吊点数量和预埋吊具的选型。

  混凝土塔筒设计时，应根据当地的风况条件，通过数值模拟或理论计算，分析涡激效应对塔筒结构的影响，判断混凝土塔筒的吊装安全，以及需要采取的技术措施。

  在风力发电机组运行发电过程中，风力作用于叶片引起其变形和挠度，尤其在叶尖处由于风速较大，风荷载随之增大，导致叶尖挠度最显著。塔筒直径的增加将减少叶尖与塔筒之间的距离。当叶尖的变形挠度过大，使得其与塔筒的距离过小，便有几率发生扫塔现象，即叶尖在运转中触碰到塔筒。

  为避免扫塔现象，在设计混凝土塔筒结构时，应详细考虑主机厂提供的叶尖处扫塔距离控制值的要求。方案设计阶段应该要依据叶尖处的塔筒荷载，计算塔筒直径，确保设计的具体方案能够很好的满足扫塔安全要求。如果扫塔安全设计不满足规定的要求时，则必须对方案进行迭代修改、优化结构设计，优化风机荷载，直至满足安全设计要求。

  在混塔设计中，应进行塔架频率计算，避免与风机频率相交，产生共振，确保塔筒结构安全。应根据混塔形状尺寸、材料性质等建立有限元模型，通过有限元分析，计算出塔身结构的自振频率。根据风机的运行控制频率要求，判断是不是满足要求。若不满足规定的要求，应进行结构设计迭代优化，直至满足设计控制要求。

  对于混塔的频率控制，由于混凝土材质的离散性较大，设计频率与实测频率之间有差异，应加强实测频率与设计频率之间的数据收集，利用数值分析方法，对设计频率进行计算修正。

  在使用模具之前，对模具进行验收，确保模具表面平整、无裂缝、无变形等缺陷，保证模具的质量符合要求。

  在正式生产之前，对生产的首塔每一片构件，做全面检查和测试，确保生产的基本工艺和质量满足设计要求。

  对生产作业人员进行技术技能培训，确保其了解操作要求和流程，严格按照操作规程进行生产，避免操作失误导致质量问题。

  在每个工序结束后进行工序交接检查，确保每个环节都符合质量发展要求，及时有效地发现和处理问题，防止问题扩大。

  严格控制原材料的质量，对水泥、骨料等进行抽样检测，确保其质量符合有关标准规范和企业内控技术要求。

  控制混凝土的搅拌时间、搅拌速度和水灰比等参数，确保混凝土均匀一致，防止出现大面积气孔和质量缺陷。控制混凝土的浇筑速度和振捣方法，避免过快或过慢导致的质量问题。

  对浇筑好的混凝土进行及时养护，保持其湿润和适宜的养护温度，提高混凝土的强度和耐久性。控制拆模时间，确保混凝土脱模强度满足设计和工艺制度控制要求，避免在拆模过早时出现损坏或变形。

  对已经拆模的构件进行堆放贮存时，注意平整堆放，避免出现变形或损坏。同时进行必要的浇水养护，保持构件表面的湿润。

  通过以上措施，可以有效控制混凝土塔筒构件生产过程的质量，确保生产出符合设计和标准要求的高质量构件。

  构件出厂前需要进行强度检测，确保混凝土的抗压强度符合有关标准规范规定的出厂强度控制要求。

  构件在出厂前应经过严格的质量检查，确保构件表面平整、无裂缝、无明显的缺陷。

  构件运输应随车携带完整的出厂资料，包括构件生产质量证明书、强度检测报告、运输安全合格证等文件。

  构件在运输过程中需要采取固定和保护措施，以确保构件在运输过程中不受损坏。通常可采用专用的运输车辆，并采取固定绑扎、加固支撑等方式固定构件，并加装保护垫等防护设施，以防止外界碰撞和挤压造成的损坏。

  构件到达安装现场后，有必要进行二次验收，确认构件在运输过程中未受损坏，并满足安装要求。如发现损坏或质量问题，应及时通知生产厂家进行处理。

  如在二次验收中发现构件存在缺陷，应该要依据详细情况进行修补。轻微缺陷可来修补处理，严重缺陷则需重新生产或更换构件。

  混塔企业应派驻项目管理人员，对进场的混塔构件及配套部件产品做质量、数量交接检查，确保进场产品质量和数量满足设计图纸和安装质量要求。

  混塔企业应在混塔安装前，组织对安装单位做混塔专项安装技术交底，详细说明混塔构件的设计的基本要求、安装工艺流程、安装的步骤等技术要求。

  混塔公司能够派遣项目技术人员，对安装现场混塔安装过程进行技术指导和质量监督，确保混塔的安装质量，区分质量责任。并协助吊装单位解决吊装中遇到的技术难题，确保安装过程顺利进行。

  应对进场的混塔构件及部件严格质量验收和数量清点，包括尺寸、外观、表面平整度、加工质量、随车资料、数量等，确保满足安装要求，保证安装顺利进行。

  对混凝土塔筒环段的拼环质量，应进行质量验收，包括拼环尺寸偏差、表面平整度、拼缝螺栓连接质量等。

  对混凝土塔筒环段的吊装质量进行重点监督和质量验收，包括环段顶部调平偏差、调平垫块数量、座浆料搅拌质量、座浆料摊铺作业高度及饱满度等，应对安装过程进行记录、包括影像记录。确保质量可追溯。

  在混凝土塔筒吊装安装过程中，应进行塔筒环的同轴度和筒身垂直度测量，采取了激光投线仪、水准仪等测量工具来安装实施观测，确保混凝土塔筒安装过程及安装后筒身同轴度和垂直度偏差满足标准规范及设计的偏差控制要求。

  以上部分内容节选至分会两本刊物：《2023年中国风电混塔年度行业发展报告》以及《混塔五十问》

  CCPA风电混塔分会致力于推动混塔行业健康、有序发展。作为一个面向公众的平台，分会通过一系列线上宣传、线下交流活动、标准制定、工厂认证、市场调查与研究等多种方式，向公众宣传行业的动态、促进技术的交流、规范行业的健康发展，让大家进一步了解混塔市场。我们深知公众信任的重要性，愿积极与公众沟通，消除误解和疑虑，也欢迎各位在后台留言。

  在行业的发展过程中，技术创新无疑是其核心驱动力，同时也伴随着诸多挑战与难题。通过实践积累经验，这些宝贵的经验能更好地反馈到设计、生产、安装和运维等所有的环节。如此循环往复，一直在优化，最终促进整个行业的发展和进步。相信在大家的共同努力下，钢混塔架将成为更安全、可靠和可持续的能源解决方案。

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