2000年,平均陆基风力涡轮机的中心高度190英尺,转子直径17bet188体育官网app下注3英尺,产生900千瓦的电力。今天,这些数字飙升,现在陆基风力涡轮机平均站在295英尺高55%,使用转子直径超过两倍在410英尺和3000千瓦的电力生产,生产数量2bet188体育官网app下注0年前三倍多[1]。随着风力涡轮机的高度增加,所以基础bet188体育官网app下注尺寸、平均基础体积在过去的20年翻一倍。
随着我们继续探索更有效的方法来利用风的能源,我们必须继续开发新的解决方案来解决今天的风力涡轮机的挑战。围绕风力涡轮机基金会这样一个挑战。基金会是风能设施设计的关键。共同挑战风能开发人员面对时风力涡轮机基础包括风力涡轮机大小、站点位置的局限性,和二氧化碳排放中使用的水泥混凝土基础。在这里,我们发现各种各样的解决方案来缓解这些问题。
实现一个替代基础设计
今天在美国的大多数风力涡轮机站在bet188体育官网app下注扩展底座组成的现浇钢筋混凝土基础。这种类型的基础依赖于混凝土的强度,涡轮的重量,和土壤回填充分提供稳定和负载转移到底层土壤和岩石。可以找到一个这样的例子在图1所示。
这些基金会已经大规模的结构。随着转子直径继续增加,中心高度继续上升,基础越来越大的支持更大的负荷。但当风力涡轮机将成为太大,传统的bet188体育官网app下注解扩展底座基础?这个问题的答案将取决于一些特定场地因素,包括多少混凝土合理可以提供给一个网站。(见图1)
当传统现浇钢筋混泥土基础不是一个选择由于混凝土供应有限,方法可供选择。这些可供选择的基础是基于混凝土体积可以被交换出去的原则与高强度材料和/或通过使用更高效的几何。
例如,高层建筑的一层可以是平的,现浇钢筋混凝土板。然而,今天,这些结构是更常见的使用混凝土华夫格板或预制后张混凝土由于缩短安装时间,较轻的重量、总体结构和广泛的行业经验,这些方法。
相同的概念可以应用于一个风力涡轮机的基础。例如,类似于如何构建华夫格板,ribbed-style基础(图2)可以用来代替一个典型基础底座和传播的基础;将负载从风力涡轮机塔转移到一个中央核心,然后通过一系列的纵向肋骨到平底板。这种方法类似于一个传统的但需要较少的混凝土基础。
使用预制后张混凝土的方法,一个风力涡轮机的基础也可以使用混凝土段已经预制构建场外,运到现场,然后后张。这种方法的一个获奖的例子可以发现在19溪风电场(图2所示)花岗岩瀑布,明尼苏达州。19溪风电场是第一个实现RUTE基础系统预制传播为它的一个风力涡轮机的基础的基础。bet188体育官网app下注
技术由一个现浇或预制钢筋混凝土中心连接到多个预制混凝土箱形梁部分。这些部分形成一个扩展底座类似于一个典型的现浇基础但有效地减少所需的混凝土使用后拉钢链。RUTE收到后拉研究所2019年绩效奖(PTI)成功的安装技术。
另一个相关的问题是:什么时候风力涡轮机变得如此之大,以至于集中载荷塔的底部太重bet188体育官网app下注要的材料连接塔基础?一个创新的方法,支持高风力涡轮机的更大需求塔巴尔工程Co .)最近美国专利“鞋底钉板”,如图3所示。今天的交通限制目前限制风塔的直径,和实际的限制还存在于螺栓的直径和力量塔连接到基础。
结果是更大的涡轮机开始推动实际限制螺栓的强度。随着风bet188体育官网app下注力涡轮机的增加,有必要改善的方法安装风塔基础不增加塔的直径,同时确保螺栓的直径和等级仍实用。鞋底钉板高度的塔法兰,允许额外的螺栓安装,支持风力涡轮机塔高的更大需求负载分布到更多的螺栓。
Repower现有网站或创造性地开发一个新的网站
风力资源的可靠性变化在美国大多数地区优质的风力资源,合理经济的岩土条件,靠近输电线路已经被开发。考虑到这一点,最好的方法是什么风设施持续发展?
一种方法是重新提供动力设施。这可以采取的形式解除现有的涡轮机和构建新的风力涡轮机和基金会在同一个附近。bet188体育官网app下注这也可以评估现有基础的形式来评估他们的能力来支持新的和更大的风力涡轮机。bet188体育官网app下注这些评估通常包括两个阶段:桌面研究和现场评估。在桌面研究,强度评估完成后按照美国混凝土协会(ACI) 318标准法评估的竣工特征的基础。
现场评估验证桌面研究结果通过各种各样的活动,包括视觉观察,性能测试,选择性取心的混凝土,结构健康监测收集数据基础的刚度在涡轮机操作。根据这些评估的结果,基金会可以,有时,被重用,而不需要修改。然而,如果这是不可能的,构造的修改(例如,项圈,扩展和/或覆盖)可以加强现有的基础支持更大的发电机。
第二种方法寻找高质量的网站尚未开发的风力资源由于岩土条件,使基础设计更具挑战性。一个这样的例子可以发现在萨默塞特郡的Casselman风力发电项目,宾夕法尼亚州。23个风力涡轮机在网bet188体育官网app下注站上,八是我表面上的恢复。网站上存在我的战利品非常容易破坏大量的和解,使基础设计更复杂。
的解决方案是设计micropile-supported钢筋混凝土基础,贯穿我的战利品,下伏基岩深达100英尺的年级以下,如图4所示。这一创新性的基础设计是公认的七大奇迹工程奖项从明尼苏达州专业工程师学会(摩根士丹利亚洲)。
减少混凝土的使用和二氧化碳排放
美国环境保护署在2019年报道,水泥厂生产的排放6700万吨二氧化碳当量,包含大约10%的工业部门的总报告排放[2]。水泥已经被美国建筑业的一个重要部分一个半世纪,但其生产导致大量的二氧化碳排放。可以做些什么来减少混凝土消费?
一个直接选择是使用另一种基础方法,通过设计,使用更少的混凝土,如前所述。这包括ribbed-style基金会和预制后张混凝土砌块基础。
第二个选择是使用辅助胶结材料(scm)减少或取代水泥混凝土中使用的数量。各种各样的scm存在,包括粉煤灰、矿渣和硅灰(参见图5)。
第三个潜在的选择——alkali-activated水泥(aac)——最近ACI委员会调查242年。这些材料依靠固体碱活化反应形成水泥浆。2022年ACI aac报告总结道:“aac构成类材料,适用于各种混凝土技术的使用的工具包。因此,虽然aac不得被视为直接替代水泥或者液压混合胶结材料对于每个应用程序,aac可能达到或超过经济技术性能要求在某些应用程序中。”
还需要更多的研究在aac被认为是用于风力涡轮机的基础。然而,一个平行的技术已经被证明在风力涡轮机的基础产业在过去;20年前,当基础一般为1.5 mw风力涡轮机、水泥基水泥浆是常用的传输负载从塔的底部到顶部的基础。bet188体育官网app下注
然而,今天,几乎每一个风力涡轮机基金会项目使用更强大,更有效epoxy-based渣滓为同一应用程序。
结论
风能设施建设将继续发挥重要作用在会议立法和社会对可再生能源的目标。188app下载地址
然而,风力涡轮机强作为bet188体育官网app下注其基础。随着风力涡轮机技术的进步,创新的基础方法是必要的。好消息是各种各样的解决方案可用于今天的常见的风力涡轮机基础的挑战,有更多的解决方案。
引用
- “bet188体育官网app下注风力涡轮机:更大的,更好的能源效率和可再生能源办公室,2022年8月16日188app下载地址www.energy.gov eere /文章/ wind-turbines-bigger-better。
- “美国水泥行业碳排放强度(2019),“美国环境保护署,2021年10月,www.epa.gov /系统/文件/文件/ 2021 - 10 / cement-carbon-intensities-fact-sheet.pdf。
