全球首臺(tái)！高校團(tuán)隊(duì)這一成果投用，每年將減少碳排放約1.2萬噸

近日，全球首臺(tái)165米級(jí)預(yù)應(yīng)力鋼管混凝土格構(gòu)式塔架在山東德州樂陵市成功完成安裝，扎根于齊魯大地，送電至千戶萬家。該塔架的風(fēng)電機(jī)組預(yù)計(jì)每年產(chǎn)生超過1240萬千瓦時(shí)清潔電力，節(jié)約標(biāo)煤約0.4萬噸，減少碳排放約1.2萬噸。該新型高塔結(jié)構(gòu)凝聚了重慶大學(xué)周緒紅院士和王宇航教授團(tuán)隊(duì)5年的心血，解決了我國陸上低風(fēng)速區(qū)風(fēng)資源開發(fā)中的“卡脖子”問題，打破了國外在風(fēng)電機(jī)組高塔結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的壟斷，促進(jìn)了我國陸上風(fēng)資源的高效利用，推動(dòng)了我國風(fēng)電工程技術(shù)發(fā)展。

迎難而上 沖云破霧

“目前，我國陸上風(fēng)電面臨單機(jī)容量不斷增大、輪轂高度顯著提升、葉片長(zhǎng)度持續(xù)增加等趨勢(shì)，塔架結(jié)構(gòu)是保障風(fēng)電機(jī)組安全運(yùn)行的關(guān)鍵。風(fēng)電機(jī)組的輪轂高度超過160米后，傳統(tǒng)塔架結(jié)構(gòu)尺寸和重量大、綜合成本高，已難以適用。” 著名結(jié)構(gòu)工程專家，中國工程院院士，風(fēng)電工程結(jié)構(gòu)團(tuán)隊(duì)執(zhí)行負(fù)責(zé)人周緒紅院士、重慶大學(xué)土木工程學(xué)院副院長(zhǎng)王宇航教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)從塔筒結(jié)構(gòu)的性能、尺寸限制、成本控制三個(gè)維度出發(fā)，于2018年原創(chuàng)提出了這種新型結(jié)構(gòu)，并獲得了國家專利。2020年底，在周緒紅的指導(dǎo)下，團(tuán)隊(duì)建立了預(yù)應(yīng)力鋼管混凝土格構(gòu)式塔架結(jié)構(gòu)精細(xì)化高效分析理論和計(jì)算方法，并于2021年與中國船舶集團(tuán)海裝風(fēng)電股份有限公司聯(lián)合開展示范工程的實(shí)施。

然而高塔直立并非易事，該結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜、無相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范可參考、無成熟的國內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)可借鑒。研發(fā)團(tuán)隊(duì)在其誕生之時(shí)就面臨著重重技術(shù)難關(guān)：如何提出一整套完善的分析理論與高效的設(shè)計(jì)方法？如何可靠連接下部格構(gòu)段與上部鋼塔段？如何保證格構(gòu)式塔架節(jié)點(diǎn)的抗疲勞性能？如何實(shí)現(xiàn)鋼管混凝土格構(gòu)式塔架的快速預(yù)制和模塊化安裝以提高生產(chǎn)與安裝效率？

在預(yù)應(yīng)力鋼管混凝土格構(gòu)式塔架的開發(fā)過程中，為了解決這些技術(shù)性難題，保證結(jié)構(gòu)各個(gè)部位的性能都能發(fā)揮其最好的效果，團(tuán)隊(duì)成員不斷地與業(yè)內(nèi)專家進(jìn)行技術(shù)交流與探索，不斷地對(duì)結(jié)構(gòu)受力性能進(jìn)行分析與測(cè)試、不斷地對(duì)方案進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化。因此，在一次次開會(huì)討論、一次次修改方案、一次次推翻重來后，攻克了研發(fā)設(shè)計(jì)、仿真模擬、試驗(yàn)測(cè)試及理論分析中的難關(guān)險(xiǎn)阻，經(jīng)歷了20余次的反復(fù)選型、模擬迭代、受力分析，綜合考慮制造成本、運(yùn)輸限制、加工難度、質(zhì)量把控難度、安裝難度等各種因素后，團(tuán)隊(duì)最終從100余套方案中確定了綜合指標(biāo)最優(yōu)的結(jié)構(gòu)初步方案。

“盡管在這個(gè)過程中做了些無用功，但所有路都不是白走的，一項(xiàng)新的研究成果能被大家認(rèn)可和采納，都要有一個(gè)這樣的過程?！痹趫F(tuán)隊(duì)成員遭受挫敗時(shí)，周緒紅院士這樣勉勵(lì)的話語再一次激發(fā)起大家的斗志。王宇航教授也經(jīng)常以周緒紅院士的科學(xué)家精神激勵(lì)大家，通過這種大的創(chuàng)新、大的突破、大的項(xiàng)目激發(fā)團(tuán)隊(duì)成員的責(zé)任感、使命感、科研的幸福感，培養(yǎng)大家攻堅(jiān)克難的勇氣和不懈探索的精神。

七八月份的重慶異常炎熱，項(xiàng)目也在這時(shí)進(jìn)入了緊張的最終設(shè)計(jì)階段，各方需要保持時(shí)刻溝通，為了更高效地工作，團(tuán)隊(duì)博士研究生王康、胡超、李琦琦、劉宇森等一起進(jìn)駐到中國船舶集團(tuán)海裝風(fēng)電股份有限公司進(jìn)行集中辦公，每天往返于公司與學(xué)校間，克服了一個(gè)又一個(gè)難點(diǎn)，對(duì)每個(gè)部分都將細(xì)節(jié)扣到極致，所有的設(shè)計(jì)方案都做到有據(jù)可依，最終完成了塔架的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并順利通過了認(rèn)證。

腳踏實(shí)地，攻堅(jiān)克難

2021年11月，研發(fā)設(shè)計(jì)工作圓滿結(jié)束，團(tuán)隊(duì)成員還顧不上欣喜就立即投身于樣機(jī)示范工程中去。為了保證塔架順利安全地生產(chǎn)，團(tuán)隊(duì)成員都始終奮戰(zhàn)在第一線，精心雕琢著全球第一臺(tái)預(yù)應(yīng)力鋼管混凝土格構(gòu)式塔架。

為了一顆螺栓的安全，團(tuán)隊(duì)對(duì)各種類型螺栓進(jìn)行測(cè)試，在眉山中車緊固件科技有限公司進(jìn)行歷時(shí)三個(gè)月的調(diào)研，最終確定采用防松性能優(yōu)異的環(huán)槽鉚釘連接技術(shù)，確保結(jié)構(gòu)連接處的安全。

為了尋找合適的生產(chǎn)加工廠家，團(tuán)隊(duì)多次前往山東青島膠州，進(jìn)行不同生產(chǎn)廠家的實(shí)地調(diào)研，與生產(chǎn)廠家進(jìn)行生產(chǎn)工藝、質(zhì)量監(jiān)控方案、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案等技術(shù)交流。

為了保證機(jī)位點(diǎn)的吊裝精度，團(tuán)隊(duì)對(duì)每一個(gè)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)都進(jìn)行了測(cè)量，對(duì)每一根桿件進(jìn)行了編號(hào)，建立了塔架各關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫，充分掌握吊裝過程中可能遇到的問題，并提前給出解決方案。

2022年12月樣機(jī)工程的塔架開始正式組裝，此時(shí)正值全國疫情高峰期，構(gòu)件運(yùn)輸及現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)等都受到疫情影響，各單位之間通過緊鑼密鼓地安排、部署、再部署，所有人員發(fā)揚(yáng)萬眾一心、團(tuán)結(jié)互助、同舟共濟(jì)、迎難而上的精神，最終在2023年春節(jié)來臨之前將樣機(jī)工程順利安裝。

堅(jiān)定信念、向海圖強(qiáng)

正如周緒紅院士所說：“所有光鮮亮麗的背后，都熬過了無數(shù)個(gè)不為人知的黑夜”。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員勇?lián)厝?、迎難而上、密切協(xié)作，發(fā)揚(yáng)拼搏精神，最終成功完成了這件“大國重器”。未來，團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步開展海上風(fēng)電固定式支撐結(jié)構(gòu)與漂浮式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系研發(fā)，并建立一體化分析理論與設(shè)計(jì)方法，突破關(guān)鍵理論與技術(shù)瓶頸，進(jìn)一步推動(dòng)鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)與混合結(jié)構(gòu)在風(fēng)電工程中的應(yīng)用，助力我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)從陸地走向海洋、從近淺海邁向深遠(yuǎn)海，為我國清潔能源發(fā)展與“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)作出貢獻(xiàn)。