行业引领 | 基于非线性有限元分析的风机基础优化设计研究

近年来，在风电平价上网的大背景下，风电项目对成本日益敏感。如何全方位优化风电项目的设计环节，最大限度降低其建设成本，是未来风电设计必须要直面的课题。在风电项目所涉的各项环节中，风机基础以其投资占比大、施工要求高、对风机安全运行起决定性作用等特点，向来是风场设计工作的重中之重。

传统的风机基础设计方案普遍存在锚栓笼核心区钢筋配置过密的问题，增加了锚栓笼处混凝土振捣的难度，极易引发下锚板上方的空洞缺陷，进而造成后期锚栓无法正常张拉等问题。作为行业当前的质量通病，该缺陷一旦发生，将直接影响风机正常运行，且极难整改。此外，传统设计方案较高的造价，无益于项目投资成本把控，长此以往，势必将损害我国风电企业在海外项目的竞争力，阻碍我国风电产业“全球化”发展步伐。

图1 常规风机基础设计方案

针对上诉问题，三一新能源率先引入风机基础非线性有限元分析，为行业风机基础设计开辟新道路、提供新方案。基于混凝土弹塑性损伤模型及有限变形法对风机基础锚栓笼核心区进行精细化仿真分析以及配筋优化设计，极大降低了锚栓笼核心区的钢筋密度，成功解决了传统方案所导致的配筋密度过高的问题，从设计层面降低了施工难度，提升了施工质量。最终，大幅度减少钢筋用量（每基基础约减少4t钢筋），单基风机基础（单机容量为6.25MW）节省工程造价约2.9万元，体现了良好的经济效益。

图2 风机基础非线性有限元分析模型

图3 基础混凝土与钢筋有限元应力云图

图4 钢筋直径/应力参数化分析结果

图5 优化后风机基础设计方案

目前该研究成果已广泛应用于我司方元、奇峰山、枫树、皇帝岭、良田在内的多个风电项目，大幅度提高了施工可行性，降低了项目建设成本。该研究的成功应用促进了行业设计理念迭代升级，推动了风机基础设计由线性向非线性过渡，开启了行业创新发展新格局。

图6 现场施工图

在当前日趋激烈的市场竞争环境下，唯有坚定不移地推进设计优化，才能提升项目建设质量，降低投资经营成本，增强企业全球竞争力。三一新能源将坚决贯彻落实习近平总书记“抓创新就是抓发展，谋创新就是谋未来”的重要指示精神，以创新设计理念引领行业高质量发展，以开拓创新之态领航风电绿色未来。

作者 | 李媛媛

编辑 | 蒋 晓

一审 | 吴 强

终审 | 贺广零

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