工程木材掀风能变革瑞典初创公司打造超新高木质风电塔架

Modvion

木材可能看起来像是属于过去时代的建筑材料，但瑞典初创公司Modvion正赋予它一种非常现代的用途。这家总部位于哥德堡的公司正在使用工程木材建造风力发电机塔架，并且最近获得了目前最高塔架的设计认证：高达119米，与大多数正在运行的陆上风力发电机高度相当。该公司的塔架能够支撑一台6.4兆瓦的涡轮机。

近年来，木材经历了一次复兴，人们越来越认识到它作为一种坚固、轻质且低排放的结构材料所具有的潜力。工程木材制品是通过用粘合剂将锯末、木纤维，甚至是整块木板粘合在一起而制成的。它们的强度可能比标准木材高得多，并且已经被用于在澳大利亚、加拿大、挪威和美国建造高层建筑。

Modvion公司的高级开发工程师Erik Dölerud表示，这种材料因其极高的强度重量比，在建造风力发电机塔架方面特别有前景。他还说，使用这种材料还能够制造出可以在现场组装的较小模块，从而减少运输方面的难题。2023年，该公司在瑞典的斯卡拉建造了一座103米高的塔架。上个月，其新设计的119米高的塔架获得了位于慕尼黑的独立认证和测试专家 —— 南德意志集团（TÜV SÜD）的批准。

Dölerud说：“木材是一种原始的高性能建筑材料，在过去的100年里，我认为它一直没有得到充分利用。当你仔细想想，一棵树历经数百万年的进化，能够承受重量并在风中存活下来，所以不难想象，它是非常适合这类应用的材料。”

工程木材：风力发电机塔架的未来？

该公司用单板层积材（LVL）来建造塔架，单板层积材是通过将许多薄木片粘合在一起制成的一种结构材料，其强度比普通木材更高。Dölerud表示，将木材切成薄片然后再重新粘合在一起，能均匀地分散木材局部的缺陷，比如节疤和纹理差异。这样一来，在同等重量的情况下，这种材料比钢材还要坚固。

Modvion公司用一系列大约15米长的弧形木质模块来组装塔架。每座塔架的底部由六个这样的模块组成，顶部则使用四个。制造这些模块的过程包括将几块大的单板层积材木板层压在一起，然后将它们压在一个大圆柱体上，使其形成弧形。

为了制作出这些弧形模块，该公司不得不专门设计定制单板层积材木板，使其具有特定的纹理方向分布，这样木板既能弯曲，又能在弯曲过程中相互锁定，从而形成一个保持形状的坚固结构。一旦塔架的所有模块都制作完成，它们就会被运往安装现场，用胶水粘合在一起，形成管状的部分，然后再用起重机将这些部分逐层堆叠起来。

瑞典皇家理工学院（RISE）进行的一项生命周期评估显示，这种建造方式最大的吸引力之一在于，用木材建造塔架在其整个生命周期内产生的碳排放量，比用钢材建造少90%。与传统的风力发电机塔架相比，能够以零部件的形式运输塔架具有显著优势。传统塔架通常由长段的管状钢材制成，很难在狭窄蜿蜒的道路上运输。Dölerud表示，模块化的钢塔确实存在，但它们需要大量的螺栓来进行组装，而且必须定期进行仔细检查和调整，还容易出现故障。他说，检查Modvion公司塔架的连接部位要快得多，也简单得多。

Modvion

单板层积材助力可持续建筑

不过，要证明这种建造方式的优势并非易事，因为国际上关于风力发电机塔架的技术标准并未将木材作为结构材料纳入考量。这促使Modvion公司聘请了南德意志集团（TÜV SÜD）对其最新的塔架设计进行独立评估。此次评估需要梳理Modvion公司与瑞典皇家理工学院（RISE）合作收集的关于其所有部件的压力测试数据。

Modvion公司119米高的塔架是为了支撑丹麦Vestas公司制造的一台6.4兆瓦的涡轮机而设计的。南德意志集团风能部门塔架与基础团队的负责人Stephan Mayer表示，由于缺乏对木材和胶水作为结构材料使用时的相关规定，这一设计颇具挑战性。

Mayer指出，这座119米高的塔架将直接与从中国出口的廉价管状钢塔展开竞争，这对Modvion公司来说可能颇具挑战，因为该公司尚未建立起批量生产流程。Dölerud承认，在成本方面与管状钢塔竞争会很艰难。但他表示，对于高度超过 150 米的塔架，行业主要依赖于将混凝土基座与钢制上部相结合的混合塔架。Dölerud说，这些混合塔架的成本比管状钢塔高得多，而且建造时需要大量的材料。他预计Modvion公司的塔架在与这些混合塔架竞争时在成本上具有竞争力。

实际上，该公司不会建造这座 119 米高的塔架，设计它只是为了证明Modvion公司有能力支撑Vestas公司6.4兆瓦的涡轮机。目前，公司正将重点转向设计一座160至170米高的塔架，预计将于2027年完成设计。“但谁知道未来会怎样呢？” Dölerud补充道，“也许当我们全面投入生产时，能够对这项新技术进行大量优化，然后我们也可以开始尝试在管状钢塔市场展开竞争。但这并不是我们现阶段的主要关注点。”