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风电混塔的“黄金时代”
风能取之不尽，用之不竭，是非常重要的可再生能源。目前，风力发电已经成为我国可持续发展战略的重要组成部分。中国累计装机容量已成为世界第一，截至2024年底达520.68GW（国家能源局发布2024年全国电力工业统计数据---国家能源局）。未来，为达成“双碳”目标，“十四五”规划以及2035远景目标纲要中提到，要坚持集中式和分布式并举，大力提升风电发电规模，增加风电基地建设，由此中国风电行业将再次迎来一波快速发展。
塔筒是风力发电机组的核心支撑结构，其核心作用在于支撑机舱与风轮，确保风轮始终处于最佳迎风位置。同时，塔筒还需承受机组运行中的动态载荷（如摆动与振动），保障整机的运行安全与结构稳定。随着风力发电机组向大容量、高塔筒方向快速发展，塔筒的重要性日益凸显。当前，在技术进步与市场需求的双重驱动下，单机容量不断提升，驱动塔筒高度持续攀升，相应的结构安全要求也更加严格。然而，塔筒高度的增加使得单纯依靠人工检测的难度显著增大，日常维护日益成为行业面临的现实挑战。
一、风电塔筒常见损伤原因
1.安装与维护缺陷： 安装过程中螺栓连接不当、表面处理不足、受力不均等施工缺陷，易引发局部应力集中、腐蚀或裂纹萌生。
2.机械结构问题：
螺栓连接失效： 高强连接螺栓发生疲劳断裂，极端情况下可导致倒塔事故。
结构强度不足： 设计或选材不当，导致塔筒在长期载荷下发生结构失效。
3.环境载荷作用：
极端天气（如强风、暴雨）可能诱发塔筒共振或涡激共振，显著加速结构疲劳损伤进程。
4.环境腐蚀侵蚀：
长期暴露于潮湿环境（尤其沿海地区），易遭受氯离子腐蚀及微生物腐蚀（生物腐蚀），导致防腐涂层失效、基材暴露，加速结构老化与强度退化。
二、塔筒常见病害类型与监测方案
1.塔顶区域（法兰连接处）
常见病害：
法兰连接焊缝疲劳裂纹；高强螺栓预紧力衰减。
监测内容：
裂纹萌生位置与扩展速率；应力集中系数变化；螺栓轴向力损失率；法兰面接触压力分布。
涉及传感器：
分布式光纤传感；超声相控阵检测；压电陶瓷垫片传感器。
2.筒身主体
常见病害：
筒体环向裂纹；筒体纵向裂纹；涡激振动；混凝土塔筒预应力损失；基体腐蚀损伤。
监测内容：
锁定风速区间（8-12m/s）；振动幅值/频率耦合特征；界面相对位移（纳米级）；剪力传递效率。
涉及传感器：
加速度传感器；光纤光栅振动传感器；纳米级光栅位移传感器。
3.塔筒外表面
常见病害：
防腐涂层劣化/失效；外部防护层损伤。
监测内容：
涉及传感器：
分布式光纤传感；超声相控阵检测。
4.基础与过渡段
常见病害：
塔筒的基础不均匀沉降，导致塔筒倾斜或附加应力。
监测内容：
差异沉降量；沉降速率与荷载关系。
涉及传感器：
静力水准仪；倾角传感器阵列。
若此类病害未能得到及时监测与有效治理，将导致严重后果：
结构性能加速退化： 持续的损伤累积将显著削弱塔筒的结构完整性与承载能力，导致其疲劳寿命大幅折减。
重大安全事故风险： 极端情况下可能引发塔筒局部屈曲、整体倾覆等灾难性倒塌事故，造成巨大经济损失与安全威胁。
2021 年12月18 日，黑龙江某风电场 18 号风机倒塔事故；
2023年7月29日，某公司下的板桥集风电场项目，正在试运过程中的F12风机发生倒塌；
2023年11月6日，新疆某风电项目发生倒塔事故；
2024年1月，河南某风电场一台风电机组运行中发生倒塔事故；
2024年9月5日，湖南某区风机混凝土塔筒在吊装施工过程中发生高处坠落事故。
三、智能监测的优势
采用“数据感知-数据传输-数据分析-决策预警”的闭环流程，实现对风电塔筒结构健康状态的全生命周期监测。
①从数据采集到决策预警，无需人工干预，可100%满足GB/T 37697与能源局监管要求；
②监测数据自动生成符合GB/T 37697的月报，可直接用于安全评估；
③较人工检测精度更高、时效性更好，大大减少日常巡检成本，且能尽早规避病害带来的更大的经济损失。
4.智能监测是风电安全的基石
在风电产业迈向超大型机组的时代，塔筒结构健康已从升级为核心安全命脉。智能监测系统通过"感知-诊断-决策"闭环，将事故防御关口前置至隐性损伤阶段，从根本上避免灾难性失效。其价值不仅是技术升级，更是实现风电场安全目标的战略支撑，为行业可持续发展注入确定性保障。
