1.5兆瓦风力发电机组塔筒及基础设计
摘要：风能资源是清洁的可再生资源，风力发电是新能源中技术最成熟、开
发条件最具规模和商业化发展前景最好的发电方式之一。塔筒和基础构成风力发电机组的支撑结构，将风力发电机支撑在60—100m的高空，从而使其获得充足、稳定的风力来发电。塔筒是风力发电机组的主要承载结构，大型水平轴风力机塔筒多为细长的圆锥状结构。一个优良的塔筒设计，可以保证整机的动力稳定性，故塔筒的设计不仅要满足其空气动力学上得要求，还要在结构、工艺、成本、使用等方面进行综合分析。基础设计与基础所处的地质条件密不可分，良好的地质条件可以为基础提供可靠的安全保证，从风机塔筒基础特点的分析可以看出，风机塔筒基础的重要性及复杂性是不言而喻的。在复杂地质条件下如何确定安全合理的基础方案更是重中之重。
关键词：1.5兆瓦；风力发电机组；塔筒；基础；设计
1、 我国风机基础设计的发展历程
我国风机基础设计总体上可划分为三个阶段，即2003年以前小机组基础的自主设计阶段，2003— 2007年MW机组基础设计的引进和消化阶段，2007年以后MW机组基础的自主设计阶段，
在2003年以前，由于当时的鼓励政策力度不大，风电发展缓慢，2002年末累计装机容量仅为46.8万kw，当年新增装机容量仅为6.8万kw，项目规模小、单机容量小，国外风机厂商涉足也较少，风机基础主要由国内业主或厂商委托勘测设计单位完成，设计主要依据建筑类的地基规范。
从2003年开始，由于电力体制改革形成的电力投资主体多元化以及我国开始实施风电特许权项目，尤其是2006年《可再生能源法》生效以后，国外风机开始大规模进入中国，且有单机容量600kw、750kw很快发展到850kw、1.0MW、1.2MW、1.5MW和2.0MW，国外厂商对风机基础设计也非常重视，鉴于国内在MW风机基础设计方面的经验又不够丰富，不少情况下基础设计都是按照厂商提供的标准图、国内设计院
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根据风电场地质勘测资料和国内建筑材料的具体情况进行设计调整、厂商对国内设计院的设计调整成果进行复核确认模式。该模式不仅影响风机基础的自主设计，同时受制于厂商，甚至可能影响工程建设的决策、工期和投资效益。
以2005年我国南方某风电场的基础设计为例，当时该风电场已完成24个风机基础的施工，但国外风机厂商认为已建基础不能满足要求，并委托了第二家设计院进行了独立评估，由于当时没有专门的风机基础设计规范，设计单位只能参照国内建筑和电力行业的类似规范进行设计，且不同设计人员对具体条文的采用和理解也不尽相同，导致不同设计院设计同一基础的安全评价结论不尽一致。随后国外风机厂商和项目业主又同时委托第三家设计单位进行复核。由于种种原因，最终各方妥协的结果是在每个已施工基础上补浇了一些混凝土。因此，由于没有统一的规范，由于国外厂商在基础设计方面的过多介入，导致了成本的增加和工期的延长。
鉴于当时风机基础设计的重要性且没有专门的设计规范，中国水电工程顾问集团公司作为我国水电和风电的前期工程归口管理单位，于2005年8月迅速启动了风机基础设计技术研究和规范的编制工作，经过广泛调研、专题研究和试设计，并经过几次全国性的研讨和评审，于2007年9月发布了《风电机组地基基础设计规定》（FD003-2007），并同期推出了配套的设计软件。由于规范的统一指导和风电产业的不断成熟，并经过我国项目业主和勘测设计单位的共同努力，现在风电基础设计已步入自主设计的轨道。
2、我国最近的两起风机倒塌事故及其教训
在《风电机组地基基础设计规定》编制过程中及颁布后不久，出现了两起风机倒塌事故，这两个项目都没有按照《风电机组地基基础设计规定》进行设计，事故的原因值得我们深思。因此，本文对两起事故进行了简要介绍和分析。
2.1在桑美台风中破坏的风机及基础
在2006年8月10日的桑美台风中，某风电场28台机组全部受损，其中5台倒塌（3台600kw风机钢塔筒被折断、2台刚完成吊装的750kw风机连地基被拔出）、5台风机机舱盖被吹坏、11台风机叶片被吹断。据被吹到的测风仪留下的最后数据显
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示，山顶上风电场的瞬时风速达85米／秒。
该风电场的大部分基础承受了超设计风速的考验，但连根拔出的基础至少在设计和施工方面存在一下不安全因素：
2.1.1基础环（法兰筒）的低端在基础台柱和底板的分界面，没有伸入基础底板与扩展基础形成整体。
2.1.2基础台柱和底板混凝土分两次浇筑，且没有采取可靠的缝面处理措施，缝面粘接质量差，影响了台柱与底板之间的整体性。
2.1.3从拉断的基础台柱底部断面看，穿越台柱与底板之间的圆周向配筋太少，钢筋见距达60cm左右，进一步削弱了台柱与底板混凝土之间的整体性连接，台柱高度方向的配筋很少，钢筋间距在40cm左右，消弱了台柱本身的刚度。 2.1.4混凝土级配和混凝土现场搅拌质量不理想
另外，建议在经常遭遇台风地区的风电场必须要时刻考虑配置备用电源或柴油发电机，并对控制系统作适当改进，遭遇台风电网断电后，风机不会刹车抱死叶轮，以减少风机承受的风载荷。
2.2在正常运行中破坏的风机及基础
某风电场同批次施工安装了59台850kw的风电机组并经过了72小时的试运行，在2008年4月正常运行时，一台风机突然倒塌，基础连根被拔出，倒塌时风速约12m/s，已进入风机的额定风速，塔筒底部（基础环）钢筋完全拔出。如图所示：
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