兆瓦级风力发电机塔架荷载研究综述

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兆瓦级风力发电机塔架荷载研究综述

作者：张福忠

来源：《科技风》2017年第13期

摘要：介绍了兆瓦级风力发电机塔架荷载的发展应用状况。首先，在讨论几种不同兆瓦级风机塔架结构的基础上，阐述了塔架荷载的来源、类别及能力评估三方面的问题。其次，针对塔架荷载基础从分类、设计与施工的角度分别进行了描述。再次，指出兆瓦级风机塔架荷载如何进行结构选型及性能分析。最后，总结全文并对兆瓦级风机塔架荷载研究的趋势进行了展望，以供相关管理、技术部门决策参考。

关键词：兆瓦级；风机制造；塔架荷载；可再生能源

大力发展风、光等可再生能源发电技术是解决传统化石能源紧缺和环境污染问题的有效途径[14]。近十年来，风力发电因具有产能量大、施工周期短、运维成本低、经济效益高、便于集中管控的优势而受到我国政府相关部门的高度重视并且发展迅猛。

由图1可知[5]，2007年，我国风电的并网总装机容量仅为420万KW，经过十年的发展

迅速增至2016年底的14864万KW（是当年同期的35.39倍），位居世界第一。其中，兆瓦级风力发电机因量大价优成为了名副其实的主力军。同时，国家政府会同企业、高校、科研院所等相关管理与应用部门从政策、技术、资金等各个方面开展相关攻关工作，以有效应对风力资源因并网难而频繁出现的“弃风”难题，从而涌现了大批优秀的风电生产商、运维商，如维斯塔斯、金风科技、GE能源、北车风电以及各大发电企业下辖的风电公司等[67]。

由于风力发电机组构造复杂、所处气候环境恶劣，使其在实际运行中故障频发。为有效克服此类难题，学术界和产业从选材、制作、安检、安装、调试、运维等多个角度开展了大量相关研究。其中，兆瓦级风机塔架相关研究已成为前沿的热点问题之一，主要是因为兆瓦级风机塔架垂直距离高、荷载量大，对刚度、强度、稳定性要求严格。同时，风机塔架还要承受水平风荷载产生的弯矩，且随着风向、风力的不确定性变化而时刻发生改变，受力复杂。若设计、安装不当，极易产生塔架偏斜、扭曲变形、断裂甚至倒塌的事故，所以加强兆瓦级风机塔架荷载的相关研究已刻不容缓。

1 兆瓦级风机塔架分类及荷载分析[8]

1.1 兆瓦级风机塔架分类

兆瓦级风机塔架按材质、构造、安装方式等差异可以分为如下几类，如表1所示：

1.2 兆瓦级风机塔架荷载来源