科创中国

1、项目背景及意义：

***致力于解决我国电力消纳矛盾：三北地区风资源丰富，能源需求少；中东部地区风资源相对匮乏，电力需求高。传统风塔由于本身结构的局限性，不能满足日益增长的风资源开发需求，急需新的塔架产品出现。

***国家十四五要求大力优先发展可再生能源，风电已经从补充能源进入到替代能源阶段。

（1）风电成为我国新增电力装机的重要组成部分； 

（2）专业技术水平显著提高；全产业链基本实现国产化；多家企业跻身全球前十名；行业管理和政策体系逐步完善。 

（3）《风电发展十四五规划》和2050年节能减排目标解读中，据气象局最新评估结果，中东部和南方达到经济开发价值的风资源技术可开发量9亿千瓦。按照低风区占比30%，单台价值300万元测算，低风区塔架市场规模将达到2700亿元；按市场占有率10%计算，未来的市场规模将达到300亿元。

2、项目领先性和创新性：

 “预应力构架式钢管风电塔” 是公司依托同济大学共同研发的风塔架新技术。塔身采用全钢结构，引入预应力技术，以提升刚性风塔的工业化程度，将钢结构全塔身或塔身底部设计为构架式。该塔架中的构架式预应力抗疲劳段与转换过渡段，解决了因塔架高度升高引起的共振问题，实行创新节地技术。在同济大学马人乐教授团队的共同努力下，现在该相关技术已申请和获得发明专利、实用新型专利20余项。同时申请国际专利，并顺利通过美国专利局授权，欧洲和印度国家阶段正在审核中。

3、核心技术亮点：

***优势：

① 上部保留原钢筒结构，与风机运行协调；下部钢管构架结构效率高、刚度大，稳定性好；

② 钢塔轻，基础受力小，特别适合于软土地基条件，基础造价低；

③ 对安装设备要求低，安装费用低、周期短

④ 抗疲劳性能好，有效抑制共振

⑤ 省材料，节约造价

⑥ 工业化制造，便于出口运输

***产品技术特点：

Ａ、安全性 

（1）结构刚度大：便于实现刚性塔设计，避免了柔塔跳转速控制带来的发电量损失。并将传统刚性塔成熟的整机设计经验延续到高塔设计中。 

（2）承载能力高：通过扩大塔底直径，有效提高了结构承载力，使得在整机开发迭代过程中结构强度同载荷适应更加容易。

（3）预应力解决了焊接疲劳问题，有效避免共振。

Ｂ、经济性 

（1）可运输性好：底部桁架结构可拆分成较小运输单元，便于用传统运输方式进行运输，对道路运输约束受限小，成本低。 

（2）经济性好：由于消除了运输限制，更大的底部尺寸带来了结构效率的大幅提升，使得材料成本相较传统塔架降低10%—20%。 

（3）可制造性强：底部桁架结构均采用传统制造方式进行制造，工艺成熟，制造难度低，加工效率高。 

Ｃ、节地性 

占地面积小：相较传统风机基础，该结构底部采用四个小型基础，单个露出面积不足***平米，四个实际占地只有6平米。底部架空便于土地复耕，利于农业土地利用最大化。塔架下面可以机械耕种。 

Ｄ、适应性 

适用场景多样：适用于盐碱、滩涂地、采矿塌陷区；适用于跨河道，跨水塘建设；适合农田应用，并不影响农业机械化耕种；适合跨道路建设，底部车辆通行不受阻碍；适合山地等不平整地面，独立基础可分开浇筑而不必要平整山头；适合于低风区、高风区高切变。适应于塔架120米、140米、160米、180米及以上高度。

***、预应力构架式风电塔的对比优势

Ａ与国内其他风同类风塔相比，本产品有明显的优势：

（1）预应力构架式钢管风电塔，通过塔柱采用钢管+预应力钢绞线技术，解决了钢构架焊缝焊接疲劳，提高了塔架的安全性能。

（2）解决了塔架共振难题，可以将塔架高度提高至200米及以上高度。塔架高度提升可以更好地利用风资源，增加发电有效时数，发电效率提高8-10%。

（3）本技术节约钢材，120米同高度相比可节约钢材15%。

（4）基础混凝土用量少，同高度相比基础砼用量减少30%以上，且基础裸露面积小（小于6㎡），节约了资源，降低了建设成本。

以菏泽鄄城160米项目为例，与菏泽华润和明阳140米刚性混塔进行成本对比，具体见下表：

Ｂ占地和用地模式比较

在基本农田上开发风电，常规开发需要基本农田调整土地利用规划，而调整周期为5年一次，这严重影响风电投资速度。另外，大量的耕地调规，造成实际耕地面积减少，给国土部门带来巨大压力。

用地政策方面：新型塔架对于农业生产的实际影响与输电线路铁塔十分接近，输电铁塔采用租地形式获取土地使用权，而新型风电塔架却依然按照最大外延面积调规和征地，这方面需要建立配套的政策。

影响耕地方面：传统塔架为整体的圆形基础，埋深较浅，影响耕地面积接近整个圆形基础面积；而新型塔架可调节埋深，影响耕地面积仅为露出地面面积。

以3MW相同机型举例，对比不同塔架，且新型塔架为160米高，传统塔架为140米高。

塔架名称基础面积（㎡）露出地面面积（㎡）基础形状塔架下土地利用用地形式
传统塔架440>40圆形否征地
新型塔架100<6正方形是征地/以租代征
电力塔架50-100<6正方形是以租代征

示意图对比：

a、传统塔架基础,直径24米。

b、预应力抗疲劳构架式钢管塔架，边长5米。

c、电网塔架基础图

结论：

新型风电塔架，对于耕地面积的实际影响，基本等同于输电铁塔，参考输电铁塔采用“以租代征”的用地形式，则新型塔架的用地形式也应做为科技创新的一部分，在政策上，完成创新。

***成本控制亮点：

（1）塔架可以用小机械吊车和人力展开节省风场的整体吊装时间；

（2）塔基采用多个独立基础，同等条件下，造价为传统圆筒塔架基础的50%；

（3）风场前期租赁可省成本，减少对基本农田的占用，可以跨河道、排干渠、乡村道路建设；

（3）运输上的便利可以使出口运费大幅降低。

4、知识产权获最情况：

在同济大学马人乐教授团队的共同努力下，现在该相关技术已申请和获得发明专利、实用新型专利20余项。同时申请国际专利，并顺利通过美国专利局授权，欧洲和印度国家阶段正在审核中，目前，预应力构架式钢管塔架技术已获得国家鉴衡认证证书。公司参与起草《绿色设计产品评价技术规范风力发电机组钢制塔架》团体标准的起草，并于2021年1月6日发布并实施。

5、技术来源：

本技术为自主知识产权。

6、已开展的示范及应用情况：

2020年9月28日，在山东省菏泽鄄城县并网首台全球最高构架式钢管风塔，运行成果良好。

2021年4月，与山东省电力建设第三工程公司胶州分公司签订金胶州风场共计19台风塔塔架合同，项目正在建设中。

另外，公司与中国华能、金风、运达、大唐山东公司、南京风电等风电企业进行技术交流，先后确立了合作意向。

7、未来商业模式：

8、社会效益：

该能源技术创新提前实现了《能源技术革命创新行动计划（2016-2030）》中关于大型风电技术创新2030年目标：形成200-300米风力发电成套技术。根据前述经济效益和社会效益的评述，这一新的风电塔架产品发展前景十分广阔，不但将成为公司新的利润增长点，而且也会大大增加国家税收收入，必将为行业和地区经济发展起到应有的促进作用。

预应力钢管塔架绿色技术的应用推广，可以每年为国家综合利用土地节约 15000亩（***亩×10000 台），建设用地指标，可节约混凝土200 万立方（200m³×10000 台），节约20亿直接投入，更有利于减排。该技术的使用，推动了清洁能源的利用，更好地推动了全球社会效益和生态效益。

该技术应用推广，可使风电企业核准后的开工时间由2年左右，缩短至3-6个月，快速实现并网发电，提高风电场的资产转化效率。