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(nèi)，中國風電新增裝機規(guī)模可提高至60GW以上。國內(nèi)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(nèi)主流的高塔筒方案是混塔技術(shù)，風電鋼混塔架用安裝拼接材料是非常關(guān)鍵的基礎(chǔ)材料，其性能對于風電塔架基礎(chǔ)的安全與穩(wěn)定起著關(guān)鍵作用，是風電產(chǎn)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(xué)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(zhuǎn)變

從風電技術(shù)的發(fā)展歷程看，我國早期的風電開發(fā)集中在內(nèi)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(chǔ)。隨著我國大力發(fā)展風電產(chǎn)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(shù)的關(guān)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—確保可靠性”這一目標，國內(nèi)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(jié)構(gòu)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(nèi)風機龍頭企業(yè)金風科技旗下的天杉高科研制出分片預(yù)制式鋼混塔技術(shù)，突破了傳統(tǒng)鋼塔的應(yīng)用局限。所謂混塔技術(shù)，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(yīng)用于高切變、高風速地區(qū)，也可應(yīng)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(qū)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(shù)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(chǔ)用水泥基灌漿料和風電混塔拼接用水泥基座漿料，廣泛應(yīng)用于陸上風電混凝土塔筒的建設(shè)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(yù)制、運輸、拼裝、吊裝、預(yù)應(yīng)力張拉等多道工序。管片廠根據(jù)設(shè)計要求預(yù)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(chǔ)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(yù)應(yīng)力張拉確保塔架的安全和穩(wěn)定。

混凝土塔架這種“大身軀”的整體拼接吊裝離不開幾種關(guān)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(chǔ)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(xué)性能和抗裂性，滿足基體的強度發(fā)展；預(yù)制混凝土管片豎縫的拼接主要使用預(yù)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(jié)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(shù)，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(chǎn)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(yīng)冬季低溫下的應(yīng)用需求。這些“小材料”已經(jīng)成功應(yīng)用于國內(nèi)多個地區(qū)的陸上風電項目的建設(shè)，盡管它們在整個風電產(chǎn)業(yè)鏈中占比較小，但在一定程度上對風電行業(yè)的技術(shù)變革起到了關(guān)鍵性作用，是風電產(chǎn)業(yè)鏈中不可或缺的重要一環(huán)。

憑借關(guān)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(wù)國家能源基礎(chǔ)建設(shè)的代表性央企。

獨特低溫施工技術(shù)助力冬季風電建設(shè)

獨特的低溫施工技術(shù)，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(shù)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(xué)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。

“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(xué)性能基本能夠達到常溫型技術(shù)指標。如果在東北、青藏高原等極寒地區(qū)，配合‘預(yù)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(shù)需求，這對于縮短冬季施工等待期、大幅降低人力和設(shè)備成本起到關(guān)鍵性作用。”范德科告訴記者。

技術(shù)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(xué)建材、特種水泥基材料和防護修復(fù)加固材料與服務(wù)三大業(yè)務(wù)板塊，致力于推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展、打造特種工程服務(wù)領(lǐng)軍企業(yè)，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品和技術(shù)已廣泛應(yīng)用于鐵路、公路、機場、橋梁、隧道、風電、核電、裝配式建筑等領(lǐng)域。

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(shù)領(lǐng)域，尤其是適用于超低溫環(huán)境下的產(chǎn)品技術(shù)方面實現(xiàn)了國產(chǎn)化替代，并與龍頭企業(yè)在產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)作配套，推進核心產(chǎn)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(shù)的不斷創(chuàng)新和應(yīng)用規(guī)模的不斷擴大，勢必成為我國能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)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(nèi)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。