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1、光热电站吸热塔结构选型摘要：本文应用我公司开发的光热电站吸热塔计算软件和SAP2000分别对钢筋 砼吸热塔和钢结构吸热塔进行计算分析，通过多次建模计算实现两种结构均满足 设计和运行要求，完成两种结构的工程量统计和顶部位移分析。根据对比结果， 对于不同高度不同风压的吸热塔选用的结构型式给出合理化建议。 关键词：清洁能源；光热电站；吸热塔；钢筋混凝土；钢结构；顶部位移1 前言 在中国共产党第十九次全国代表大会上的报告（十九大报告）中明确提出了坚持人 与自然和谐共生，必须树立和践行绿水青山就是金山银山的理念，坚持节约资源和保护环境 的基本国策。同时还号召全世界共同推动人类命运共同体建设，共同创造人类
2、的美好未来！ 那么全球清洁能源的发展和应用会越来越多，占比会越来越高，而光热发电是最为稳定理想 的清洁能源。国家能源局在2015 年下发关于进一步做好可再生能源“十三五”规划编制规划工作的指 导意见中，已经把光热发电技术编入发展规划，国内光热发电市场前景已经日益明朗。太阳能热发电系统主要可以分为塔式和槽式两大类，其主要由太阳能聚光镜阵列（塔式 有吸热塔）、蒸汽发生装置、汽轮机以及发电机组组成。所以只要是在阳光充裕的地方，就 能将太阳能源源不断的转变成电能。最重要的优点是：生产过程无污染、无耗能；可 提供稳定的电源。而作为光热电站的核心装置吸热塔，由于其结构较高，设备荷载较大，且结构形式特 殊，
3、其结构设计和外观设计在我公司甚至整个国内行业来说，尚属于刚刚开始的地步，目前 尚没有一套完备的设计规范和规程。开展光热电站的设计，必须针对吸热塔的设计提前做好设计选型，依据建设方的需求选 择优美的外观和经济适用的结构型式，在行业内常用结构主要为钢筋混凝土结构和钢结构， 下面主要从这两种结构形式进行计算分析，对比两种结构的优缺点和合理性，为今后设计提 供一定参考，提高前期工作效率。2 计算分析研究的工程参数 为便于两种结构型式的选择对比，我们依据我公司近期完成的两个光热发电工程设计参数作为计算输入。工程A吸热塔设计基本条件：吸热塔结构顶标高180米，聚光器尺寸20米x10米（直 径），运行时充满
4、熔盐后重量为12000kN,各层平台恒活载取值600kN,顶部标靶尺寸15米 x15米x15米，基本风压0.7kPa，地震设防基本烈度7度0.15g,地基承载力300 kPa，不考虑 地下水的影响。工程B吸热塔设计基本条件：吸热塔结构顶标高200米，聚光器尺寸20米x 16米（直 径），运行时充满熔盐后重量为20000kN，各层平台恒活载取值600kN，顶部标靶尺寸15米 x15米x15米，位于酒泉市金塔县，基本风压0.95kPa,地震设防烈度7度0.1g，地基承载力 均按300 kPa取值，不考虑地下水的影响。为便于两种结构分析研究对比，吸热塔内部布置均考虑一台电梯和一部楼梯间，中间布 置3
5、道公用平台和2道连接平台，各层平台均采用钢结构桁架形式。3 钢筋混凝土吸热塔结构计算分析研究钢筋混凝土吸热塔结构计算采用光热电站吸热塔结构计算软件计算分析和工程量统 计，该软件是我公司自行开发的一款针对光热电站吸热塔的结构计算软件，能够正确精确地 为设计人员提供类似吸热塔的塔筒结构的计算结果、配筋结果及工程量统计等，大大提高设 计人员的工作效率和正确率，具有较好的经济效益和推广应用前景。3.1工程A钢筋混凝土吸热塔依据前述的工程A设计参数，采用光热电站吸热塔结构计算软件计算分析后，在满 足工程应用和高耸结构设计规范的相关规定下，该工程吸热塔外形参数为底部直径20 米壁厚0.5米，顶部直径16米
6、壁厚0.35米，结构高度180米。在正常工作风速下，顶部最 大位移 228 毫米，在最大风速下位移为 370 毫米，位移比为 1/455 满足规程规范和正常工作 要求。依据前述的工程B设计参数，采用SAP2000计算分析后，在满足工程应用和高耸结构 设计规范的相关规定下，该工程吸热塔外形参数为底部直径29米，顶部直径20米，格构 式支柱最大杆件应力0.85，最大杆件为圆钢1020毫米壁厚14毫米，结构高度200米。在正 常工作风速下，顶部最大位移379毫米，在最大风速下位移为620毫米，位移比为1/320满 足规程规范和正常工作要求。而采用单个型钢支柱的支架形式，其计算结果是已无法选择到 合适
7、的型钢，同时下部根开接近40米左右，上部位移也较大，因此不适用采用普通型钢支 柱结构。在上述工程B条件下吸热塔采用格构式钢结构，聚光器上部钢结构工程用钢量3500吨， 每吨钢材按1万元取费，工程B钢结构吸热塔综合费为3500x1=3500万元。5 结论及建议综上可知对于吸热塔结构高度不小于200米时，且基本风压大于0.7 kPa时，建议采用钢 筋混凝土结构吸热塔，此时无论采用普通单个型钢支柱钢结构吸热塔还是采用格构式钢结构 吸热塔都非常不适用，不仅投资高（钢结构的综合费用是钢筋混凝土的3.5倍左右），而且 结构顶部位移较大（钢结构的顶部位移是钢筋混凝土的1.2倍左右）。当吸热塔结构高度小于20
8、0米且基本风压不大于0.7 kPa，建议优先采用钢筋混凝土结构 吸热塔，当建设方能接受较高投资时可采用普通单型钢支柱钢结构。普通单型钢支柱钢结构 吸热塔上部的综合费用是钢筋混凝土吸热塔的1.33倍左右，同时结构顶部位移较大，普通单 型钢支柱钢结的顶部位移是钢筋混凝土的1.2倍左右。由于不同国家地区人工及材料的差异，可能略有出入，仅希望本文结论起到抛砖引玉作 用。参考文献1 GB50009-2012建筑结构荷载规范S,北京：中国建筑工业出版社，2012.2 GB 50135-2006高耸结构设计规范S,北京：中国计划出版社，2007.3 GB 50051-2013烟囱设计规范S,北京：中国计划出版社，2013.
