2025北京国际风能大会暨展览会(CWP2025)：混凝土塔筒全生命周期的技术风险与检测评估研究实践

混凝土塔筒全生命周期的技术风险

与检测评估研究实践黄昊博士正高级工程师·

新能源工程结构研发部·

北京中水科海利工程技术有限公司·水利部水工程材料重点实验室·

中国水利水电科学研究院2025年10月中国水利水电科学研究院◆中国水利水电科学研究院隶属水利部，是专门从事水利水电科学研究的国家级社会公益性科研机构，学科门类齐全，涵盖水利水电所有的研究方向，具备CMA

计量认证资质

和工程咨询甲级等一系列资质。◆北京中水科海利工程技术有限公司源自1958年成立的中国水科院结构材料研究所，主

要承担和解决大中型水利水电工程中提出的水工结构与材料的关键技术问题，开展国家

与行业的标准与规程、规范的制定。◆

依托在水利水电领域中结构和材料方面技术优势，自2010年进入风电市场，主要开展风电支撑结构的检测评估和修补加固研究及应用工作，累计服务的风机基础和塔筒超过数千台均安全运行。单位简介1

混凝土塔筒发展背景目录CONTENT2混凝土塔筒全生命周期技术风险3

混凝土塔筒全生命周期检测评估研究实践混凝土塔筒发展背景第一部分1.1

风电行业发展背景-行业发展■风电已成为技术成熟、前景广阔的可再生能源，得到了快速发展。全球风电市场在未来将持续增长，我国装机容量持续高位增长，新增装机容量和累计装机容量稳居世界首位。2013年全球新增风电装机容量35.5GW,2024

年全球新增风电装机容量

达到117GW。1.209立a2.6091000(ai1.2006019

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2023年中国风电新增装机容量和累计装机容量1#12510201420252028《w豆muth1区kgNNz07)02220z------i

二300255208B--i-

二2022(T²)向十1504000250202702026e2023e2024e156020201%115GMP⁷1577-1.2混塔行业发展背景-塔筒发展需求■增加塔筒高度是提高风电发电量的重要技术手段，但常规全钢高塔筒存在易发生共振和疲劳●

轮毂高度增加使塔筒的固有频率减小，从而可能引

发共振甚至破坏。●

应用于超过140m的高轮毂风电机组时存在成本

过高的问题。塔筒高度越高

风速越大

发电量越高

风切变越高

提升轮毂高度的效率越高低风速区对塔筒结构要求：轮毂高度更高全钢结构塔筒刚度较低相同风切变下，

随着轮毂高度增

加，发电量显著增加。,运维工作量较大，受运输制约等。不同轮毂高度下的发电量增加率(基准为100m

高度年平均风速5m/s)高度为Zn的风速Un:1.2混塔行业发展背景-国外发展■

混凝土塔架承载力高、刚度大、稳定性好、不易产生共振和疲劳，适用于低风速区高轮毂、大容量的风电机组，已成为140m

以上轮毂高度的主要塔架型式。欧美国家在混塔领域起步早(2005),大量厂家及机构最早开始混凝土塔筒的技术研究与应用，在混塔设计标准、塔筒形式、成型工艺、连接方式、动力性能、预应力等方面开展了

广泛研究，目前欧美国家从120m

至160m

的高塔技术已实现规模化商业应用。■中国的混塔技术研究起步较晚，但发展较快。2023年国内使用混塔的装机量达到7.287GW

,同比增长209%

,远高于国

内总装机量59%的增幅。2024年国内陆上风电混塔项目中标量为61.35GW

,

占陆上风电机组总中标量的33.86%。国内混塔的装机量正持续提升，是当前及未来的主流趋势。近年来，我国新增装机的平均轮毂高度

持续攀升，至2023年已突破114m,其50中最高值更达到了185m。0201520162017201820192020202120222023年份8000-7000-6000-500040003000200010000-250-2001501002020

20212022

年份最高轮毂高度平均轮毂高度1.2混塔行业发展背景-国内发展新增混塔装机容量MW)轮较高度(m)20231.2混塔行业发展背景-国内发展■

混塔技术水平进一步提高；2024年全国混塔项目中，混凝土塔筒多采用C80以上的高性能混凝土，2024年12月C150

超高性能混凝土在某陆上风电项目上成功应用。■

混塔在陆上风电持续推广应用；2024年，570个规模以上陆上风电项目完成质量监督注册

,其中混塔项目189个，占比33.2%。1.3混塔行业发展背景-塔筒结构形式■

目前主流的混凝土塔筒形式主要包括圆锥形、逐级变径式、倒角三角形、倒角正方形以及正多

边形等。早期混凝土塔筒多为圆锥形，随着风电机组高度与直径的不断增加，为满足多元化的

工程需求，涌现出多种新型结构形式。逐级变径式倒角三角形倒角正方形正多边形圆锥形1.3混塔行业发展背景-塔筒结构形式■混凝土塔筒结构普遍采用后张法预应力钢绞线体系，钢绞线顶端与底部分别锚固于过渡段与

基础，主要分为体内布设与体外布设两种形式。■混凝土管片的连接方式主要分为湿连接与干连接两类。体内预应力和体外预应力湿连接干连接混凝土塔筒全生命周期技术风险第二部分●

尚未形成统一成熟的规范涵盖塔架高交变

的载荷特点，理论依据不足；●过渡段结构受力情况复杂，易出现应力集中；接缝传力机理复杂，管片接缝承载力

难以精确计算；●混凝土材料性能离散性较高，非线性特性

明显，有限元分析结果与实际情况存在偏

差；●

未深入考虑多轴应力状态下混凝土疲劳性

能。2.1

设计阶段技术风险混塔设计综合依据国内外规范与有限元计算，需考虑混塔的极限承载力、刚度、稳定性、疲劳、动力特性、关键部位受力性能、预应力等。设计阶段预制期●工艺：钢筋绑扎工艺不符合规范；●实体：混凝土强度不足、工作性能差；混

凝土管片尺寸偏差大，接合面不平整；预

应力孔道定位不准，预埋件安装和定位控

制不到位；混凝土管片表面和内部缺陷(

露筋、蜂窝、孔洞、夹渣、疏松)混凝土塔筒生产过程不满足要求，影响混塔管片的成品质量。2.2管片预制期技术风险钢筋错位塔筒缺陷施工期●管片吊装时出现崩边掉块，裂缝；●混凝土塔筒节间座浆料缺失、不密实、

不固化等；●混塔段水平度、垂直度不满足要求；●塔筒错台尺寸超标；●钢绞线预应力张拉施工方法和控制措施

不合理。混凝土塔筒施工质量不满足要求，为混塔后续运行埋下安全隐患。2.3施工吊装期技术风险塔筒表面损伤

混凝土掉块钢筋外露座浆料缺失

座浆料不密实运行期●塔筒混凝土裂缝；●塔筒混凝土掉块、脱空；●塔筒混凝土压碎、露筋；●塔筒自振频率下降或位移增大，

垂直度超标；●钢绞线预应力损失过大；●

停机、倒塔；由于施工期塔筒安装不符合要求、塔筒变径处局部受力集中、塔

筒配筋不足、钢绞线预应力损失过

大等原因，导致塔筒在运行期出现

各种缺陷。混凝土裂缝

混凝土掉块

混凝土孔洞混凝土脱空

混凝土压碎、露筋

预应力损失过大2.4运行期技术风险2.5风险控制措施-设计阶段●

塔筒设计应满足现行规范和标准、场址环境条件等要求；●

对混塔的关键部位如塔筒门洞、变径

段、接缝等进行重点关注和加强设计

计算；●

考虑场址的适用性，及时采取相关措施

；●对塔筒的荷载、结构设计，整机共振

等问题进行计算和评估，提供设计和

评估报告。力世113

*力6融楼as.这

i轴测图

1:80中华人把和短回E秘NB-中-●混塔制造厂家生产能力：质量管理体

系、设备能力、生产工序和流程、原

材料、人员资质和能力；●

严格把控现场施工质量：塔筒吊装、

座浆、错台尺寸、预应力张拉和材料

调配严格按照工艺要求和流程操作；●规定预制管片运输和存放：管片长距

离运输时做好保护措施，防止管片因2.5风险控制措施-制造、运输、安装受力不当和发生磕碰等出现破损；2.5风险控制措施-运行阶段■

混凝土塔筒的应用时间相对较短，尚不存在长期的监测经验，安全监测是保障其安全运行的

重要环节。根据多源监测数据，结合混塔结构安全评价模型，建立多源物理参数与塔筒结构安全之间准

确的映射关系，对混塔结构安全进行综合评判，确定混塔结构安全状态，对可能发生的危险

进行及时有效预警。塔筒结构状态实时监测更新权重预测的安全度标签训练

更新目标函数实际的安全度标悠测式安全度评价塔筒结构状态安全评估及使用年限需求，确定关键监测指标参数。根据混塔结构安全等级、周围环境预处理

数据集2.5风险控制措施-建设和运行阶段●日

常

检

查：针对混凝土塔筒以及钢绞线等结构分别制定相应合理、全面的质量检查项目、

检查方法和检查周期；●专项检测评估：

基于专项检测，对结构现状安全进行评估，制定后续处理措施和建议，如

修补、加固等。混凝土塔筒全生命周期检测评估研

究实践第三部分3.1混凝土塔筒结构检测评估的关键技术研究■混凝土塔筒结构存在问题针对混凝土塔筒结构荷载复杂、局部受力集中、施工运维困难、研究认识不充分、规范不健全等痛点开展了一系列科研攻关。施工运维困难风机之间相对分散，施工工艺控制难度大，运行维护困难。结构特征不利塔筒为悬臂结构，预制管片之间存在接缝，过渡段局部应力集中。混深士塔筒倒塔混凝土脱空缺陷混凝士脱落钢筋外露荷载条件复杂风荷载作用的不确定性大，疲劳作用影响巨大。规范不健全发展迅速但技术研究不深入，规范有待完善。3.1混凝土塔筒结构检测评估的关键技术研究■预应力损失和既有缺陷对塔筒承载力和变形等的影响机理研究针对混塔频繁出现开裂掉块甚至倒塔的问题，通过理论和数值研究明确了预应力损失和既有缺陷对塔筒承载力和变形等的影响机理。预应力损失对塔筒影响研究

缺陷对塔筒安全性影响机理>林政黄昊*郝巨涛胡良明.杨嘉祥，刘洋钢筋混凝土塔筒局部预应力损失影响分析[J].水电能源科学，2025(中文核心期刊)亡

六一

1"纤维混凝土抗弯强度纤维混凝土初袈强度纤维混凝土韧性指数1P13.1混凝土塔筒结构检测评估的关键技术研究■混凝土风电塔架双尺度模型验证针对当前混凝土塔筒有限元模拟仿真计算量大等问题，通过理论、试验和数值研究明确了

风电塔架结构双单元模型分析方法的有效性。混凝土风电塔筒双尺度模型验证

预应力混塔双尺度模型结构性能研究张俊俊，甄理，黄昊*林政刘金龙，陈改新.混凝土风电塔架双尺度模型验证及局部预应力损失研究[J].太阳能学报，2025

(中文EI

刊源)Solid单元C1C7Shell远B2-87TDITD单障：册双尺度模驾

实体单元模型

回俭丝3.1混凝土塔筒结构检测评估的关键技术研究■混凝土内部缺陷精细化检测研究针对混凝土内部缺陷和接缝因受混凝土和钢筋等干扰导致检测精度差、效率低等问题，开展了理论、试验及数值模拟研究，分别提出了适用于混凝土表面裂缝深度定位及内部裂缝角度和长

度定量识别的超声无损检测方法。混凝土表面裂缝深度研究

混凝土内部裂缝定量检测方法研究孙林远，黄昊*,陈康，甄理，陈改新.细观尺度下表面波法检测混凝土表面裂缝深度研究[J].水利学报，2024(中文EI领军期刊)>孙林远黄昊*,刘洋，甄理，张欣淼，陈改新基于超声平面波成像的混凝土内部裂缝定星检测方法研究[J].水利学报，2025

(中文EI领军

期刊)…s9*南前通立如543班u3.1混凝土塔筒结构检测评估的关键技术研究■混塔检测评估体系建立基于机理研究，提出现场检测指标，研发了检测方法，构建结构复核和有限元分析相结合的安全评估技术。混塔检测评估体系建立检测技术研究

安全评估张俊俊甄理黄昊大孙林远刘志鹏，陈改新预应力混凝士风机塔架结构安全性影响因素研究[J].水电能源科学，2025

(中文核心)i结构复核预应力损失影响和频率分析塔筒表观缺陷影响有限元分析机理研究混凝土裂缝钢筋保护层及间距混凝土强度垂直度振动频率内部缺陷.......钢绞线有效预应力…塔筒检测(获取结构物理参数)预应力检测(获取结构物理参数)3.2混凝土塔筒检测评估体系■

塔筒检测工作混凝土塔筒结构检测现场检测图片1:50设计资料、现场检测结果结构力学计算

有限元分析综合分析塔筒结构的安全状态3.2混凝土塔筒检测评估体系■

塔筒评估工作正常使用极限状态承载能力极限状态啪3.3混凝土塔筒检测评估实践案例(案例一：施工期)存在问题：某混塔制造质量存疑，混塔转接段二次灌浆料找平垫层疑似存在空洞等不密实；开展工作：

通过无损检测手段对混塔转接段二次灌浆料找平垫层密实度进行检测。管片不同测区断面分析图工作成果：混凝土塔筒典型部位(如找平垫层二次灌浆料)反射异常区较多且连续，反射强烈，尤其反应在内侧，推断

该区域除了存在气孔或不密实区外，还可能存在多处连续不

密实区。现场检测3.存在问题：某施工期混凝土塔筒变阶位置出现较严重的混凝土开裂和脱落现象；开展工作：

对风电机组混凝土塔筒进行了外观和混凝