在黑龍江省大慶市，一座座陸上風電混塔在零下15℃的寒風中展露新姿。這些風電混塔巍然佇立在茫茫白雪之上，輪轂高度達140—160米，下部混凝土段高度達90—110米。

風能作為可再生能源中發(fā)展最快的清潔能源，是中國實現(xiàn)“3060”雙碳目標的有效途徑之一。據(jù)全球風能理事會（GWEC）統(tǒng)計，未來五年內，中國風電新增裝機規(guī)?？商岣咧?0GW以上。國內大功率、長葉片、高塔筒的大型化風電機組推新?lián)Q代明顯加速。

風電機組中，塔筒起著提升風機高度、保障機組安全的重要作用。受動力荷載和振動頻率等因素的影響，目前國內主流的高塔筒方案是混塔技術，風電鋼混塔架用安裝拼接材料是非常關鍵的基礎材料，其性能對于風電塔架基礎的安全與穩(wěn)定起著關鍵作用，是風電產業(yè)鏈中非常重要的一環(huán)。

更大的風機需要更高的高度來支撐，助力中國風電發(fā)展，如何讓巨大的風電機組與風電塔架屹立不倒？中國建筑材料科學研究總院有限公司（簡稱：中國建材總院）所屬企業(yè)中建材中巖科技有限公司（簡稱：中巖科技）有辦法。

傳統(tǒng)鋼塔向混塔的轉變

從風電技術的發(fā)展歷程看，我國早期的風電開發(fā)集中在內蒙古、新疆等高風速地區(qū)，主要采用傳統(tǒng)鋼塔作為風電機組的基礎。隨著我國大力發(fā)展風電產業(yè)，風電開發(fā)逐步向河南、安徽等中、低風速地區(qū)發(fā)展。低風速風電技術的關鍵，是提高風電機組在此環(huán)境下的風能利用率，降低度電成本，從而實現(xiàn)項目盈利。因此，圍繞“提高發(fā)電量—控制成本—確?？煽啃浴边@一目標，國內風機向著大型化、大功率化、大葉片化的趨勢發(fā)展，而作為風力發(fā)電機組支撐結構的風電塔架則從120米向185米的高度不斷突破。

傳統(tǒng)鋼塔在塔高超過100米后，塔筒重量會呈指數(shù)型增加，經(jīng)濟性較差。鋼混塔架則能夠同時滿足安全性能高，減少用鋼量降低成本，裝配式分片方便運輸?shù)忍攸c，已成為超高塔架發(fā)展的主流形式。

2015年，國內風機龍頭企業(yè)金風科技旗下的天杉高科研制出分片預制式鋼混塔技術，突破了傳統(tǒng)鋼塔的應用局限。所謂混塔技術，即風力發(fā)電機組塔架的上部為鋼塔筒，下部為混凝土塔筒。作為傳統(tǒng)鋼塔衍生發(fā)展的重要方向之一，混塔可搭載150米以上大直徑葉片，且具有剛度大、抗疲勞和避震性能更強等特性，既可應用于高切變、高風速地區(qū)，也可應用于低風速高塔架場景。經(jīng)測算，140米以上混塔相比普通鋼塔成本可降低30%—50%，在風電平價時代的驅動下，近年來混塔備受市場青睞，進入高速發(fā)展期，未來隨著風電塔架高度的增加，混塔占比將越來越大。

“小材料”成就“大身軀”

上述混塔技術中，如何確保風電機組的安全性與穩(wěn)定性，是最令人擔憂的問題。

經(jīng)過多年探索與創(chuàng)新，中巖科技自主研發(fā)出的高性能風電基礎用水泥基灌漿料和風電混塔拼接用水泥基座漿料，廣泛應用于陸上風電混凝土塔筒的建設中，有效解決了這一問題。

混塔吊裝猶如“搭積木”：風電混塔的建造施工涉及基座建造、管片預制、運輸、拼裝、吊裝、預應力張拉等多道工序。管片廠根據(jù)設計要求預制塔架管片并運輸?shù)巾椖楷F(xiàn)場，現(xiàn)場經(jīng)過找平后將管片拼接成圓環(huán)，然后在底座的基礎上將拼接成的圓環(huán)像“搭積木”般地搭建成混凝土塔架。混凝土塔架的上部為鋼塔段，鋼塔和混凝土塔筒用法盤進行連接，最后用預應力張拉確保塔架的安全和穩(wěn)定。

（陸上風電鋼混塔架橫向縫拼接—風電座漿料）

混凝土塔架這種“大身軀”的整體拼接吊裝離不開幾種關鍵的“小材料”：塔架的建造首先需要安全穩(wěn)固的“底盤”，風電灌漿料可用于風電基礎的錨栓灌漿，該材料需要有大流態(tài)、低粘度的工作性能以保證法蘭盤下灌漿層的充盈，同時具有較高的力學性能和抗裂性，滿足基體的強度發(fā)展；預制混凝土管片豎縫的拼接主要使用預制節(jié)段環(huán)氧拼接膠，此材料在混合攪拌后能夠快速固化且具有高黏結和抗疲勞的特性，使管片能夠牢牢地“粘合”在一起；混凝土塔架的橫向縫拼接需要使用拼接膠或座漿料，可針對不同的管片精度，對混塔水平縫進行填充施工以滿足承載力的需求。

中巖科技北京分公司總經(jīng)理范德科告訴記者，中巖科技自主研發(fā)的陸上風電鋼混塔架用水泥基座漿料，采用了特種膠凝材料和納米活化技術，可提高吊裝施工的安全性和效率，經(jīng)200萬次抗壓疲勞試驗后試件未破壞，可有效保障整個風機塔架的服役壽命。環(huán)氧拼接膠產品，對高精度管片具有較好的匹配性，降低了后期滲漏水風險，同時通過材料體系的優(yōu)化可適應冬季低溫下的應用需求。這些“小材料”已經(jīng)成功應用于國內多個地區(qū)的陸上風電項目的建設，盡管它們在整個風電產業(yè)鏈中占比較小，但在一定程度上對風電行業(yè)的技術變革起到了關鍵性作用，是風電產業(yè)鏈中不可或缺的重要一環(huán)。

憑借關鍵“小材料”為中國陸上風電混塔保駕護航，中巖科技成為近年來以科技創(chuàng)新與新材料研發(fā)服務國家能源基礎建設的代表性央企。

獨特低溫施工技術助力冬季風電建設

獨特的低溫施工技術，是中巖科技研發(fā)的陸上風電鋼混塔架用水泥基座漿料的另一大技術特點。

在我國東北和西北地區(qū)，冬季最低氣溫可達-15℃以下，常溫型混塔安裝拼接材料在低負溫條件下會因為受凍、早期力學性能發(fā)展緩慢等原因，極大地影響塔架的吊裝施工進度，增加施工成本和難度。

（陸上風電鋼混塔架冬季吊裝施工）

“針對這些冬季施工難題，中巖科技重點開發(fā)了可在-15℃左右正常使用的安裝拼接成套材料，其力學性能基本能夠達到常溫型技術指標。如果在東北、青藏高原等極寒地區(qū)，配合‘預埋伴熱帶’等施工輔助加熱措施，也可以滿足超低溫環(huán)境下風電塔架建造的技術需求，這對于縮短冬季施工等待期、大幅降低人力和設備成本起到關鍵性作用?！狈兜驴聘嬖V記者。

（陸上風電預制混凝土管片縱向縫拼接—預制節(jié)段環(huán)氧拼接膠）

技術創(chuàng)新永無止境。2022年8月，中巖科技被認定為國家專精特新“小巨人”企業(yè)。中巖科技堅持科技創(chuàng)新，聚焦化學建材、特種水泥基材料和防護修復加固材料與服務三大業(yè)務板塊，致力于推動產業(yè)發(fā)展、打造特種工程服務領軍企業(yè)，具有自主知識產權的產品和技術已廣泛應用于鐵路、公路、機場、橋梁、隧道、風電、核電、裝配式建筑等領域。

（陸上風電預制混凝土管片縱向縫拼接—預制節(jié)段環(huán)氧拼接膠）

近年來，中巖科技在陸上風電鋼混塔架用安裝拼接材料技術領域，尤其是適用于超低溫環(huán)境下的產品技術方面實現(xiàn)了國產化替代，并與龍頭企業(yè)在產業(yè)鏈上下游協(xié)作配套，推進核心產業(yè)鏈各環(huán)節(jié)協(xié)同發(fā)展。

在我國《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》的指引下，風電作為一種可持續(xù)發(fā)展的清潔能源，其技術的不斷創(chuàng)新和應用規(guī)模的不斷擴大，勢必成為我國能源結構轉型的重要推動力量。在此背景下，中巖科技正在牽頭主編國內首部陸上風電鋼混塔架用水泥基座漿料的建材行業(yè)標準，力爭為行業(yè)有序化、規(guī)范化、良性化發(fā)展持續(xù)作貢獻。