更高，更坚固的混凝土风力发电机

爱荷华州立工程师一直在努力通过使用混凝土而不是钢来使风力涡轮机更高，更坚固。会坚持吗？

更高的风力涡轮机更好-确实，这已经得到证实。因此，使风力涡轮机更高，更坚固似乎是一个永无止境的目标（尽管我想它确实有其局限性）。我们只希望所使用的混凝土是正在开发的绿色环保型混凝土中的一种。

有关爱荷华州立大学研究的更多详细信息，请参阅爱荷华州立大学的完整新闻稿：

格兰特·施米茨（Grant Schmitz）研究了一个混凝土测试面板，以了解在重载下出现开裂的迹象。（点击放大。）图片来源：迈克·克拉普夫（Mike Krapfl）。

爱荷华州AMES –格兰特·施密茨（Grant Schmitz）目视着一块6.5 x 12英尺的超高性能混凝土面板，研究了光滑表面上的细小裂纹。他和其他研究工程师用黑笔仔细地标记了每个人。

爱荷华州土木，建筑和环境工程研究生Schmitz，以及爱荷华州威尔逊工程学院教授和工程学院风能倡议的负责人Sri Sritharan试图回答有关使用混凝土板的一些基本问题以及使用预制的易于运输的组件来建造风力涡轮机塔架的支柱。

组装好的混凝土塔是否可以替代目前用于风力涡轮机的钢塔？将混凝土塔架从如今的80米提高到100米或更高的稳定风能切实可行吗？连接柱和面板的三种方法中哪一种最适合风力涡轮机塔架？

“我们肯定已经达到了钢塔的极限，”斯里萨兰说。“将钢塔增加20米将需要大量增加成本，因此风能行业开始说，'我们为什么不具体？”

因此，Sritharan和Schmitz看着爱荷华州立大学结构工程研究实验室的工程专家兼经理道格·伍德（Doug Wood）输入了该实验室液压设备的命令，以便在100-米混凝土风力发电机塔。随着每次增加，该段都吱吱作响并重击。

目的是测试三个塔板段在涡轮塔顶部的预期载荷。工程师想看看这些段是否可以承受150,000磅的负荷，比该高度下的极限负荷高20％。

Sritharan和Schmitz将混凝土塔设计成六边形，将六块面板连接到六根柱子上。他们测试了三种连接面板和立柱的方法：螺栓连接；水平，预应力连接，电缆穿过塔架部件；并使用超高性能混凝土将水泥浆灌入面板和立柱之间的接缝中。另外，使用预应力方法将混凝土柱固定在地基上。

亚伦·谢尔曼（Aaron Shelman）–绿色衬衫，结构工程专业的博士生–欧文·史蒂芬斯（Owen Steffens），红色衬衫，土木，建筑和环境工程的研究助理–检查混凝土板上是否有开裂的迹象。图片点击可放大迈克·克拉普夫（Mike Krapfl）。

这三个测试段的所有版本都承受了150,000磅的横向载荷。研究人员还用170,000磅的载荷（超出极限载荷的36％）对灌浆连接段进行了测试。在每项测试中，这些段在100,000磅的工作负载下均表现良好，没有遇险迹象。在极限载荷及更高载荷下，可以看到测试段有些困扰。

Sritharan说：“在很高的负载下，面板开裂是预期的，并且在消除负载时将封闭。”“如果业界要求，也可以避免这种情况。”

经过所有测试，Schmitz说：“我绝对认为我们已经接近在业界使用这项技术的能力。”

与当今的钢塔相比，混凝土塔的设计具有多个优点：

通过使用超高性能和高强度混凝土运输来提高钢的20年塔架寿命，因为部件足够小，可以满足标准的卡车运输要求。预制混凝土行业在全国范围内建立起了对进口涡轮塔用钢的依赖，较小的预制件可以在现场进行多次组装这种概念是通用的，并且塔可以针对任何涡轮机尺寸甚至超过100米的高度量身定制。

“我们已经证明，对于2.5至3兆瓦的系统，该系统可以部署到100米的高度，” Sritharan说。

从80米高的塔架移动到100米高的塔架对风能生产商而言非常重要。

Sritharan说，100米处的风况更稳定，湍流也更少。高塔也允许更长的涡轮叶片。研究表明，所有这些都可以使能源生产增加15％。

Sritharan说，随着涡轮机尺寸的增加，对更高塔架的需求将不可避免。

他说：“许多人都在谈论更高的混凝土风力涡轮机塔架。”“而且我们已经建立了具有多种构造选择的新通用概念。”

Sritharan说，对混凝土涡轮机塔架的研究将在爱荷华州继续进行。该项目得到了州经济发展计划Grow Iowa Values Fund的109,000美元赠款的部分支持。实验计划的行业合作伙伴是Clipper Windpower，该公司位于加利福尼亚州Carpinteria，在Cedar Rapids设有涡轮机设计和制造工厂；加拿大艾伯塔省卡尔加里的拉法基北美公司；内布拉斯加州贝尔维尤的Coreslab Structures（OMAHA）Inc.。

Schmitz在为他的硕士论文描述该项目时，在测试成功后可以稍稍松一口气。

他说：“为此有很多准备。”“我们从八月份开始协调测试。我们必须安排秋季的预制，运输和组装。当您看到它处理必须满足的容量时，绝对可以放心。”