风电塔架锥形基础的优势及前景

李杨 王润东 冯淑鑫 高晓雷 张兰梅

摘 要：如今，在全球范围内，风能已能够成功与受到国家大力扶持的优势性能源竞争。这不仅创造了新的产业，提供了数十万的工作岗位，并带领世界走向一个更加清洁的能源未来。风电塔架锥形基础是风电基础中十分具有优势的一种，本文通过对风电塔架基础的市场前景以及可行性的论证来证明锥形基础这一基础形式的优势，并提出了锥形基础的适宜的发展方向。

关键词：锥形基础;优势;前景;可持续能源

一、前言：

随着温室效应的日益加剧，开发新的新型能源成为了人类社会发展的重中之重，而风能正是一种开发潜力极高的新型能源，各国在风力发电的投入日益增加，风力发电机组的建设显得尤为重要。本文论述的正是一种更加合理的风电塔架基础研究。

二、基本介绍：在上千次的对比实验和分析之后，我们得出了较为适合风电塔架的基础——锥形基础。它是由一个倒立放置的锥体，外表附有便于施工的螺旋纹理以及上层位置有水平交叉放置的平衡柱。以下为锥形基础的图示——

二、锥形基础优势：

1.环保优势：锥形基础应用了废料回填技术，节省成本，保护环境。

2.施工优势：

3.成本优势：锥形基础相比于传统重力式基础体积更小，混凝土和钢筋的用量更少，施工周期短。

4.力学优势：锥形基础受力时力的分布更加均匀，相比于传统基础不容易产生形变，更加稳定和牢固。

三、实验依据：我们采用模拟仿真软件对图示锥形基础和传统重力式基础进行了一系列的模拟实验，模拟方向为抗地震和抗水平受力以下为实验结果对比：

通过对比我们可以看出锥形基础在水平承载力方面的性能比重力式基础更加的优异，这得益于锥形基础的任意竖直截面都是三角形，我们知道三角形具有稳定性，可以很好的抵御地震波和水平力;而任意方向的斜面可以将自身受到的水平力产生竖直向上的分力，这个分力可由自身重力抵消大部，从而减小外力对基础的毁坏。这具有普通重力式基础不可比拟的优势。

四、可持续发展报告：

相比于普通的重力式基础，锥形基础可以节省更多的混凝土和钢筋用量运用Matalab进行数据演算，在此为节省篇幅不再一一列出，我们可以知道

（1）锥形基础应用范围较为广泛，而且它的造价对尺寸的变化较为敏感，因此对其进行优化设计带来较大的经济效益。

（2）通过优化后的成本可以大大下降。这说明锥形独立基础对基础尺寸的变化是很敏感的，常规设计难以使其造价降低，需要在原有基础上再进行改进和深化。

（3）相比于普通的重力式基础，锥形基础可以节省更多的混凝土和钢筋用量，在成本上更胜一筹。

五、未来的发展推广：目前，中大型风力发电机组已在世界上40多个国家陆地和近海并网运行，风电增长率比其它电源增长率高的趋势仍然继续。如表1所示，截止2005年12月31日世界装机容量已达58，982MW，年装机容量为11，310MW，增长率为24%;风力发电量占全球电量的1%，部分国家及地区已达20%甚至更多。2005年世界风电累计装机容量最多的十个国家，前十名合计达51750.9MW，约占世界总装机容量的87.7%。

中国风电正经历一个跨越式发展，这对世界风电的发展起到了至关重要的作用。然而，我们能够清楚的看出自2007年以后，虽然新增装机量很大，但增速却明显下降，而其他国家，比如美国、德国，这些年维持着一个稳定的增速。由此，我们应该意识到，我国风电，尤其是陆上风电，正在进入一个转型期，从发展期进入成熟期，从量的追求进入到对质的提升。

锥形基础可以在云南、贵州、四川以及西藏等国内火山省份推广，将风机资源充分整合利用，未来经过电力输送等技术的配套发展，完全可以实现对清洁能源所占全部能源的比例成倍提高。

参考文献：

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[2] 孙羽，李昂. 预应力风电机组基础与风电机组塔架连接分析[J]. 技术，2013，（5）：104-110.

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[4] S.Adhikari，S.Bhattacharya.Dynamic analysis of wind turbine towers on flexible foundations [J].Shock and Vibration，2012，19（1）：37-56.