導(dǎo)語(yǔ)

海上風(fēng)電憑借其儲(chǔ)量大、穩(wěn)定性高等優(yōu)勢(shì),正逐步成為清潔能源開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)領(lǐng)域。海上風(fēng)電基礎(chǔ)灌漿料的性能與質(zhì)量直接影響工程建設(shè)的效率和安全。巨成結(jié)構(gòu)利用活性粉末混凝土（RPC）的技術(shù)原理制備的超高性能風(fēng)電灌漿料，28d抗壓強(qiáng)度大于130MPa，彈性模量大于40GPa，綜合性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。本文將從市場(chǎng)空間、技術(shù)挑戰(zhàn)及主流產(chǎn)品等方面,對(duì)海上風(fēng)電基礎(chǔ)灌漿料進(jìn)行分析。

01海上風(fēng)電——清潔能源的未來(lái)之星

抑制全球氣候變暖是21世紀(jì)人類面臨的重大問(wèn)題，我國(guó)一直致力于建設(shè)環(huán)境友好型經(jīng)濟(jì)，中國(guó)政府于2020年9月20日在聯(lián)合國(guó)大會(huì)上提出，爭(zhēng)取在2060年之前實(shí)現(xiàn)碳中和1。大力發(fā)展清潔可再生能源替代傳統(tǒng)化石能源，是應(yīng)對(duì)全球氣候問(wèn)題、建設(shè)環(huán)境友好型經(jīng)濟(jì)、努力實(shí)現(xiàn)碳中和的重要方法之一。

全球風(fēng)能蘊(yùn)藏豐富且風(fēng)力發(fā)電環(huán)保，風(fēng)力發(fā)電逐漸成為了一種備受推崇的可再生能源2。陸上風(fēng)能開(kāi)發(fā)較早，利用已趨于飽和，人們把視野投向了面積廣闊的海洋，其風(fēng)能資源儲(chǔ)量更為豐富，海上風(fēng)力發(fā)電正在逐步成為新能源領(lǐng)域的焦點(diǎn)。

國(guó)外海上風(fēng)力發(fā)電行業(yè)始于20世紀(jì)70年代，但直到90年代才有實(shí)際工程案例3。世界上第一座海上風(fēng)電場(chǎng)是位于丹麥的 Vendeby，該項(xiàng)目于1990年建成并于1991年投入使用。海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)最早興起于歐洲一些沿海發(fā)達(dá)國(guó)家，如丹麥、瑞典、荷蘭、英國(guó)等?。我國(guó)在海上風(fēng)電領(lǐng)域起步較晚，東海大橋海上風(fēng)電場(chǎng)是我國(guó)第一個(gè)大型海上風(fēng)電場(chǎng)，于2008年9月投入使用。

 

東海大橋海上風(fēng)電場(chǎng)

我國(guó)風(fēng)能資源豐富，初步估算可開(kāi)發(fā)利用的風(fēng)能資源約為1000GW，其中海上風(fēng)能儲(chǔ)量約750GW?。近年來(lái)，國(guó)家政策大力扶持海上風(fēng)力發(fā)電行業(yè)，發(fā)展迅速。《中國(guó)“十四五”電力發(fā)展規(guī)劃研究》指出，預(yù)計(jì)十四五期間我國(guó)新增風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)2.9億千瓦，年均新增裝機(jī)量5800萬(wàn)千瓦。

02關(guān)鍵材料—— 海上風(fēng)電灌漿料

海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)上部塔架安裝于固定在海底的基礎(chǔ)支撐之上，海上風(fēng)機(jī)在正常工作時(shí)，海風(fēng)吹動(dòng)風(fēng)機(jī)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，由風(fēng)機(jī)葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行發(fā)電，將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成了電能。其中，灌漿連接是海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)與下部樁基常用的連接形式，該連接形式一方面可以減少焊接帶來(lái)的應(yīng)力集中和疲勞，另一方面還具有調(diào)平風(fēng)機(jī)的作用，同時(shí)也具有結(jié)構(gòu)優(yōu)良、造價(jià)低、方便施工等優(yōu)點(diǎn)?。

灌漿連接是由兩個(gè)同心管狀部分組成的結(jié)構(gòu)連接件，灌漿料填充于外部和內(nèi)部管之間的環(huán)形區(qū)域。在海上風(fēng)電機(jī)建設(shè)中，灌漿料被泵送至海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的灌漿連接段，灌漿連接是海上風(fēng)電廠建設(shè)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

 

廣西海上風(fēng)電項(xiàng)目

海上風(fēng)電灌漿料是海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵材料，其中我國(guó)海上風(fēng)電項(xiàng)目使用的灌漿料一直以來(lái)以進(jìn)口為主。丹麥 Densit公司、新加坡 NAUTEC公司和德國(guó)巴斯夫公司等國(guó)外少數(shù)公司掌握著海上風(fēng)電灌漿產(chǎn)品和技術(shù)，并在歐洲有大量成功的工程案例?，進(jìn)口的海上風(fēng)電灌漿料產(chǎn)品抗壓強(qiáng)度可達(dá) 100MPa～140MPa。

海上風(fēng)電灌漿的特殊性在于，海上風(fēng)機(jī)受著往復(fù)隨機(jī)荷載的作用，灌漿連接段處于軸力、彎矩、扭矩等多種荷載聯(lián)合作用下，使得灌漿料處在復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)下工作，不僅要求其在泵送階段具有高流動(dòng)度和高度穩(wěn)定性，同時(shí)在完全硬化后更應(yīng)具有超高強(qiáng)度、超高耐久性和抗疲勞性能。與此同時(shí)，外海施工條件惡劣以及極為復(fù)雜的海上環(huán)境，對(duì)海上風(fēng)電灌漿料同樣有著極為苛刻的技術(shù)要求。

在材料分類上，海上風(fēng)電灌漿料屬于水泥基灌漿材料，但因海上風(fēng)電領(lǐng)域技術(shù)門檻高，我國(guó)在該領(lǐng)域起步較晚，再加上國(guó)外灌漿料產(chǎn)品進(jìn)入我國(guó)搶占市場(chǎng)，導(dǎo)致我國(guó)在海上風(fēng)電灌漿料領(lǐng)域的研究和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)較少。隨著近年來(lái)我國(guó)大力發(fā)展海上風(fēng)電，我國(guó)海上風(fēng)電灌漿料產(chǎn)品需求量將越來(lái)越大，因此迫切需要開(kāi)展海上風(fēng)電灌漿料相關(guān)的研究。

03海上風(fēng)電灌漿料主流產(chǎn)品

國(guó)外海上風(fēng)電灌漿料產(chǎn)品，主要以丹麥Densit公司DUCORIT S8型灌漿料和DUCORIT S5R型灌漿料，新加坡NAUTEC公司NaXTMQ130型灌漿料為代表，這些產(chǎn)品28d抗壓強(qiáng)度分別可以達(dá)到110MPa、140.7MPa、130MPa。

國(guó)內(nèi)在海上風(fēng)電灌漿料領(lǐng)域中，元國(guó)凱指出用于海上風(fēng)機(jī)灌漿連接段的灌漿材料初始流動(dòng)度要大于290mm，灌漿料無(wú)泌水和分層，20℃環(huán)境下28d抗壓強(qiáng)度達(dá)到110MPa及以上，具有一定的收縮補(bǔ)償技術(shù)?。汪冬冬等開(kāi)發(fā)的海上風(fēng)電導(dǎo)管架灌漿料產(chǎn)品UHPG-120,灌漿料初始流動(dòng)度＞290mm，28d抗壓強(qiáng)度＞120MPa，具有微膨脹性?。江蘇蘇博特新材料股份有限公司自主研發(fā)的JGM-SP201型風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)灌漿料，抗壓強(qiáng)度超過(guò)120MPa，可用于各類海上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)、升壓站等基礎(chǔ)的灌漿連接和調(diào)平工程。

 

山東海衛(wèi)半島海上風(fēng)電項(xiàng)目

巨成結(jié)構(gòu)利用活性粉末混凝土（RPC）的技術(shù)原理制備的超高性能風(fēng)電灌漿料，其各齡期的強(qiáng)度及彈性模量均優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)要求，28d抗壓強(qiáng)度大于130MPa，彈性模量大于40GPa，綜合性能達(dá)到國(guó)內(nèi)外風(fēng)電灌漿料標(biāo)桿水平，且成本大大減低，目前已應(yīng)用于多個(gè)陸地及海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)灌漿項(xiàng)目。

隨著全球能源轉(zhuǎn)型進(jìn)程的加快和我國(guó)“雙碳”目標(biāo)的深入推進(jìn),海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)迎來(lái)前所未有的發(fā)展機(jī)遇，作為產(chǎn)業(yè)鏈中的重要一環(huán),海上風(fēng)電灌漿料的技術(shù)創(chuàng)新和本土化進(jìn)程將繼續(xù)加速。巨成結(jié)構(gòu)憑借其在超高性能灌漿料領(lǐng)域的技術(shù)積累和創(chuàng)新優(yōu)勢(shì),正著力推動(dòng)產(chǎn)品性能的持續(xù)提升和應(yīng)用場(chǎng)景的不斷拓展。

 

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