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文 | 張后禪

作者供職于上海電氣研砼治筑建筑科技有限公司

近年來各種新塔型、新材料、新裝備、新工藝、新技術在混塔領域的研究成果亟待產業化應用。

陸上風電機組鋼-混凝土混合塔筒（以下均簡稱“混塔”），經多年技術發展和工程應用經驗總結，基于國內外現行標準規范的基礎上，目前已形成相對完善的技術體系，市場接受度已得到檢驗和認可，且正以較快的速度進行技術迭代和研發創新，近年來各種新塔型、新材料、新裝備、新工藝、新技術在混塔領域的研究成果亟待產業化應用。本文分析了國內外風電混塔行業標準現狀及發展趨勢，提出混塔技術發展面臨的標準限制，體現在設計、材料、生產、施工、運維等各環節，亟待形成混塔的專有標準體系，有利于規范指導混塔行業健康、穩定、可持續發展。

01風電混塔技術發展現狀

風能作為可再生能源中發展最快的清潔能源，是最具有大規模開發和商業化發展前景的可再生能源，而且便于人們有效利用。根據全球風能理事會（GWEC）統計，2013年全球風電裝機新增35.467GW，2022年全球風電新增吊裝容量達到77.6GW，其中陸上風電裝機68.8GW，到2050年，年新增市場達到208GW，累計市場容量達5,806GW，如圖1所示[1]。

圖1全球風電裝機情況

我國風電產業發展迅猛，截至2021年底，全國風電累計裝機328GW，其中陸上風電累計裝機302GW，截至2022年11月底，風電裝機容量達到350GW，同比增長15.1%。據GWEC估計，2022-2027年中國新增風電裝機量占全球新增風電裝機量的比重將始終保持在40%以上，到2026年中國風電年新增裝機將超過60GW，其中陸上風電超過50GW。前瞻預計，2027年中國風電新增裝機規模進一步提高至66GW左右，2023-2027年新增裝機容量復合增速約5.64%。[2]

圖2中國海陸風電市場增量展望

國外風力發電在本世紀初進入發展的高峰期，隨著風機技術的發展，風機功率越來越大、葉片越來越長，風電混合塔筒技術的研發和應用也進入的市場的高峰期，與此同時，國內的風電企業也陸續的學習和引進國外技術進行開發和應用。早期技術以整環預制結合現場濕作業連接、體內預應力技術為主，施工速度慢，成本高于傳統的鋼塔筒，加上我國的風電技術發展落后于國外，前期混合塔筒技術并沒有大面積的市場應用。

近年來我國新能源政策的推出，風電行業迎來了蓬勃的發展機遇。國內風機向著大功率、大葉輪直徑、單位度電成本降低等趨勢發展，國內高風速地區的風電開發也日趨飽和，中、低風速地區的風電開發進入快車道。風機塔架的高度從120m向140m、160m、170m乃至180m快速發展，如圖3所示[4][5]。風力發電機組塔架的荷載也越來越大，傳統的鋼塔架已經無法滿足結構受力的要求，混合塔筒技術成為了市場的主流選擇。

 圖3陸上機組大型化趨勢

目前我國的風力發電塔架每年新增及擴容改建市場數量約為10000根左右，產值幾千億元。其中采用混合塔筒技術的大型風力發電機組2022年約為1000根，2023年預估為3000根左右，將形成近200億元的市場規模，帶動相關產業的生產總值近千億元。且隨著我國風力發電技術的發展，混合塔筒的市場規模將越來越大，占比整個風電塔架的市場比重也將越來越大，預估最終市場比重將超過60%。

目前混塔行業迎來了快速發展的機遇，但是由于行業近年來發展迅猛，也存在著各種制約行業健康可持續發展的問題，突出問題就是缺乏行業發展的標準規范體系，由于混塔技術在我國的發展時間較短，從業企業也較少，經驗積累也相對不足。因此，行業現行參考的標準不同企業也各有差異，有些標準的缺失，也給混塔的設計、生產、施工驗收等帶來了極大的不便。

02混塔引用相關標準分析

混塔技術涉及地質、機械、力學、材料、電力等多個學科，我國風電混塔行業正處于快速發展階段，目前尚未建立完善的混塔技術標準體系，參照和引用標準以國標為準、行標和團標為輔。盡管混塔引用的國內外標準梳理高達數百項，但由于混塔獨特的結構體系和特點，引用標準仍存在一定盲區和和模糊地帶，甚至部分標準規定存在一定沖突；此外，不同混塔廠家有不同的結構型式和生產工藝，對引用標準的理解和認知不同，現有標準規范已不足以指導混塔行業健康穩定發展，同時也在一定程度阻礙了科研成果和創新技術的應用。

混塔設計相關標準

混塔設計主要引用標準見表1。國際上風電行業標準主要參考國際電工委員會(IEC)標準以及DNV標準，塔架結構設計方面主要參考IEC61400-6及DNVGL-ST-0126，塔架結構設計中針對材料的具體計算，主要引用歐洲建筑結構設計標準，如EN1992、EN1993、fibModelCode2010等。

過去，我國風力發電機組設計及管理經驗均不足，風電行業相關國標主要引用了IEC標準，如GB/T19072-2010《風力發電機組塔架》、GB/T18451.1-2012《風力發電機組設計要求》等。國內塔架設計主要參考國外規范及國內類似建筑結構設計規范，如GB50010-2010《混凝土結構設計規范》、GB50135-2019《高聳結構設計標準》、JGJ369-2016《預應力混凝土結構設計規范》等。

隨著國內風電行業的快速發展，我國雖積累了一定的基礎研究和實踐經驗，也形成了部分團體標準成果，如TCEC5008-2018《風力發電機組預應力裝配式混凝土塔筒技術規范》、NB/T10907-2021《風電機組混凝土塔筒設計規范》這些規范取得了開創性的成果，但尚未有一個統一成熟的規范，對于風電混塔結構較為系統的研究也還沒有出現，造成了風電混塔塔架的設計缺乏充足的理論依據。需要進一步提高現有標準的深度和廣度來規范和指導塔筒結構的設計。

混塔材料相關標準

1.混凝土及其原材料

國內混塔混凝土及原材料主要引用現行混凝土及原材料標準如表2和表3所示。

目前混凝土原材料相關標準已相對完善和成熟，但是針對特殊摻合料比如硅灰、微珠等超細粉料，目前各標準對檢測方法、指標要求的規定存在一定沖突，第三方檢測機構往往無法進行合格性的判定。

混凝土標準方面主要適用于C60及以下強度等級混凝土，隨著近年來大功率風機、超高塔架的應用，C80及以上高強混凝土的應用已成為主流，但是在混凝土結構設計取值、配合比設計與計算、生產工藝、質量控制與驗收等方面，仍存在一定標準盲區或規定沖突。

2.纖維增韌混凝土及UHPC

同時纖維增韌混凝土以及超高性能混凝土在混塔領域的研究與應用也逐年增加。雖現行建筑領域已有T/CECS10107-2020《超高性能混凝土（UHPC）技術要求》、JGJ/T221-2010《纖維混凝土應用技術規程》等行業標準或團體標準（見表4）。但UHPC結構設計材料性能取值相對保守，未能完全發揮其材料優勢，在生產、制備工藝、強度評定及驗收方面要求尚不明確，在混塔領域的應用屬于探索和研發中。

此外，混凝土裂縫標準空白、規定模糊，對高強混塔構件裂縫控制指導性低。目前僅GB50010-2010(2015版)《混凝土結構設計規范》對預應力混凝土構件裂縫寬度限值進行明確，而針對風電混塔這種高強混凝土環形薄壁構件的抗裂計算與設計方法、抗裂設計材料取值與規定等尚未規定。對裂縫影響因素及生產質量控制、裂縫檢測及評估、裂縫修補及加固等方向的研究，缺乏相應的技術規程和適用性標準。

3.預埋件

國內混塔的重要混凝土預埋件，如上下預埋錨板、吊件、錨栓等部件（見圖4），均缺乏相應專業標準，主要參考鋼制塔架等相關的行業標準和國家標準（見表5）。

 圖4混塔預埋件實物

如上下預埋錨板無相應標準，只能按照主機廠家對鋼塔基礎環錨板或法蘭相關內部技術規范和要求；部分行業標準參照機械行業標準JB/T11218-2020《風力發電塔架法蘭鍛件》，造成不同廠家不同標準，且存在簡單引用的標準與混塔的實際受力工況不同造成部分技術指標不合理和執行困難。同時混塔內裝部分相應的爬梯、照明等系統雖有鋼塔對應的標準，但未明確是否適用混塔，急需混塔自有標準來明確。

隨著風塔行業的快速更新迭代，國內外混塔的預應力材料、預埋件（預埋錨板、吊件、錨栓等）均參考鋼制塔架、橋梁、建筑等相關的行業標準或國家標準，見表6。標準繁雜分散，適用范圍和要求不同；造成無法參照或執行困難。同時預埋件本身種類繁多、使用數量少不利于形成針對混塔應用的相關標準和規范。各生產廠家亦沒有公開、可量化的指標參數可供參考，再加上與風電混塔相關的國家及行業標準中缺乏產品質量指標約束性要求。

4.質量驗收

目前國內的混塔產品驗收標準以行業標準為主（見表6），其內容偏少僅屬綜合性規范一小部分；且因此受產品類型不同、制作模式不同、預應力體系不同等影響形成不同的驗收標準；也因標準編制所屬行業特點不同、側重點不同造成標準中驗收內容、方法和要求均有差異；甚至出現同一類型產品的標準存在極大差異的情況。過程中鋼筋工程、模具質量驗收主要參照建筑業行業通用標準，但無完全適用混塔類弧形構件的驗收和質量控制需求。

以構件外觀質量和尺寸偏差為例，目前存在的標準限制如下：

檢查項目、項目名稱、檢查方法各標準有不同要求；

部分允許偏差指標各標準有不同要求；

—特殊環段或連接過渡段重要預埋件檢查項目空白。

混塔施工相關標準

混塔施工材料和施工驗收規范主要引用標準見表7和表8，針對混塔施工的專門標準仍相對缺乏，詳見表7和表8。

以混塔預應力體系為例，目前國內混塔預應力有體內和體外兩種，但T∕CEC5008-2018《風力發電機組預應力裝配式混凝土塔筒技術規范》內容主要是體內預應力體系的裝配混凝土塔筒相關要求，與市場主流的體外預應力體系產品有一定差異性和適用性的問題。

 （a）體內預應力（b）體外預應力

圖5 混塔預應力體系

近年，隨著市場需求量增長陸續出現了一批能源行業標準NB/T10908-2021《風電機組混凝土塔筒施工規范》、NB/T10906—2021《陸上風電場工程風電機組基礎施工規范》、NB/T10628-2021《風電場工程材料試驗檢測技術規范》，但因其編制時間較早，涉及混塔塔型少，內容也僅僅簡單章節表述，其又涵蓋了現場現澆混凝土和預制裝配式混凝土工藝方式的技術要求，造成標準內容的深度和細度遠遠不能滿足混塔產品快速發展上升對相關標準規范支撐的需求，加之近年來混塔發展快，新施工設備、施工方式、施工材料不斷應用，需要更為細化、更為專業和更為全面的標準。

03制定混塔標準體系的意義

鑒于目前混塔引用標準的不足，結合混塔獨特的結構體系和構造特征，因此亟待形成一套專有的標準體系，涉及結構涉及、材料要求、生產工藝、質量控制、質量驗收、施工工藝、運維養護等各個環節，用于規范指導混塔行業健康、穩定、可持續發展，計劃編制的混塔標準體系如表9所示。

混塔系列標準體系的制定和統一，不僅可規避目前執行標準不一致、規避生產、施工及驗收環節存在的困惑和爭議，形成滿足我國工程質量監管體系要求的混塔設計、生產、施工、運維等系列化標準，更有利于混塔行業健康發展。標準編制過程中，更利于實現科研成果共享，促進各種新技術的應用，發揮標準引領創新作用，滿足市場對技術和質量的更高需求，促進我國混塔產業向更高水平和質量發展。

參考文獻：

[1] 中國風電產業發展報告（2023）[J].電氣時代,2023(05):14-19.

[2] 呂萍,石耀鵬.中國風電產業進入市場化高質量發展階段[J].風能,2023(05):72-76.

[3] 王經亞.陸上風電塔筒產品發展趨勢探析[J].中國設備工程,2022(10):223-226.

[4] 牛家興. 預應力混凝土—鋼組合風電塔架結構性能研究[D].湖南大學,2014.

[5] 趙靚.百米之上的進化[J].風能,2022(01):22-28.

（轉載聯系ccpa風電混塔分會。）