陸上風電場大件運輸創新方法思考
——從場外大件運輸角度

萬 軍, 方偉定, 何衛星, 李 琪

(1.中國能源建設集團浙江省電力設計院有限公司,浙江 杭州 310012; 2.東南大學 交通學院,江蘇 南京 210018; 3.中國能源建設集團東北電力第二工程有限公司,遼寧 大連 116023)

0 引言

在國家大力推動“3060 雙碳”戰略的當下,積極發展以風力發電為代表的清潔可再生能源是響應國家戰略規劃要求,踐行綠色可持續發展的重要舉措。陸上風電作為風力發電行業的重要組成,風電大件設備的運輸問題一直以來都是行業難題。 一般來說,風電場大件運輸是指借助相應的運輸工具,通過運輸道路將風電大件設備:機艙、塔筒、葉片及相關附件等,從設備廠家運至風電場各風機機位點。 陸上風電場的大件運輸,從根本上就是運輸道路的問題,其一直以來都是風電場建設過程中的重點,也是難點。

如何既盡可能地降低建設及改造成本、減少水土擾動,又能保證大件設備的順暢運輸,一直是行業內相關從業人員不斷追求的目標和努力的方向。 一般而言,風電場大件運輸是以擬定的風電場場內、外道路分界點為界,分為場外大件運輸和場內大件運輸,本文主要從場外大件運輸角度,以風力發電機組設備運輸技術創新為研究點,提出相應的解決方案,以供廣大風能發電相關從業人員交流與探討。

1 場外大件運輸的技術要求及難點

1.1 技術要求

陸上風電場場外大件運輸道路的主要技術要求如下[1-5]。

(1)陸上風電大件運輸時,風電機組的葉片、塔筒由于尺寸較長,葉片的掃尾區域、塔筒的半掛車后段轉彎區域不能有任何障礙物,如:電力桿塔、樹木、建構筑物等[4]。

(2)若必須途徑的現有道路轉彎半徑較小,不能滿足大件運輸轉彎需要時,應按照大件運輸需要改造現有道路的轉彎處,這些改造往往涉及道路彎道填筑加寬或開挖山體削坡等處理手段[4,6]。

(3)風電場大件設備運輸時,凈空要求不低于運輸車輛平板高度與風電大件設備最大尺寸之和,隨著近年來陸上風電機組單機容量不斷變大,對運輸道路的凈空要求也逐年提高[4,6-7]。

(4)當風電機組葉片運輸采用舉升運輸時,舉升高空內不得有架空電纜、管道、樹木、建構筑物等障礙物[4,6-8]。

(5)開展風電大件運輸前,應充分調研、論證途經橋梁、涵洞的最大承載能力,確保風電大件設備能安全順利通行[4,8-9]。

(6)大件運輸時必須途經的現有道路的轉彎半徑、道路寬度、道路坡度等,必須結合實際風電場項目對應的具體風電機組設備廠家提供的相應參數進行改造和處置[6]。

1.2 難點及痛點

根據工程實踐經驗,通過分析目前陸上風電場大件運輸存在問題、產生原因及其深層機理,本文將目前陸上風電場大件運輸的主要難點和痛點分析及總結如下[10]。

(1)運輸路線長,途經道路等級多樣,改造工作量大[10]。 風電設備通常都具有較大的尺寸,以目前廣泛使用的陸上風電場主流機型(如:3. X 級、5. X級、6.X 級)為例,葉片的長度一般在70~90 m 之間,而單節塔筒的最長段一般也在約20~30 m 之間。 這些設備顯然屬于典型的大件,一般在運輸過程中面臨著極大的困難。

風電大件設備一般需要從設備廠運輸至風電場場址所在地,這一過程會面臨著較長的路程,沿途地形復雜且變化多樣。 同時,這些途經道路在當初設計時往往并未考慮運輸類似風電設備這樣超大超長件的特殊需求。 因此,需要大量的道路技術改造,這樣便給風電場大件設備的運輸及施工建設帶來了巨大的困難。

(2)運輸前,由經驗豐富的運輸單位、施工單位、設計單位、設備廠家等多單位組成的人員數量龐大的前期路勘團隊,往往耗費大量人力、物力以及時間[10]。 陸上風電場在運輸風電大型設備前,都會進行專門的道路前期勘察,都會按照擬定的運輸路線,沿途勘察每個可能存在問題的障礙點,并制定相應的技術改造方案[10]。

但這種常規傳統的方式,幾十甚至幾百km 路勘下來,要準確搞清楚每一個問題的節點,通常需要耗費大量的時間、精力以及財力[10]。

(3)常規傳統的路勘缺乏準確性,可靠度不高。目前常規傳統的道路前期勘查方式,即使擁有龐大的路勘團隊,由于無實物參照,通常較多的主要還是依賴路勘人的個人經驗和主觀判斷,往往會導致勘查結果與實際出現較大的誤差[10],從而嚴重制約陸上風電場工程建設進度,也非常不利于工程前期成本的控制。

(4)采用實物直接模擬運輸查找問題點并制定改造方案的方式,易導致設備損壞且造成交通阻塞,風險較大[10]。 如果直接采用風電機組實物設備實地進行模擬運輸來查找問題點從而制定改造方案的方法[10],則往往存在以下兩方面的問題。

一方面,由于風力發電大件設備一般造價高、體積大,若在擬運輸路線未經改造的情況下,就采用實物設備模擬運輸,查找問題點,一旦遇到無法通過的道路問題點,設備將會受損,風險較大[10];另一方面,風力發電大件設備運輸一般需要封閉管制相關道路,在特定時間段內進行專門運輸[10]。 若在擬運輸路線尚未改造的情況下,就直接進行實物模擬運輸,一旦遇到無法通過的問題節點,那么設備將會被卡在問題點,進退兩難[10]。 即使現場就地改造問題點,不僅耗時費力且難以放手展開施工作業,還會阻塞正常交通。

2 創新研究思路及實現方式

2.1 研究思路

為了解決現有常規大件運輸的難點及痛點,本文重點從降低前期道路勘察成本、減少人力、財力投入,節省前期道路勘察時間,提高道路勘察的精度和改造方案的準確性等角度,有針對性地提出一種充氣式的仿真模擬運輸裝置創新解決方案,以提升陸上風電場場外大件運輸改造的經濟性、準確性以及效率[10],從而較好地服務于陸上風電場施工建設。

2.2 實現方式

2.2.1 實施步驟

根據研究思路,建議具體實現步驟如下。

(1)按照風力發電機組大件設備(主要是風力發電機組葉片和塔筒)的實際尺寸、體積大小,制造一種充氣狀態下與風力發電機組大件設備(主要是風力發電機組葉片、塔筒等)實際尺寸及外形體積完全一樣的仿真模型裝置,其排出全部氣體狀態下處于折疊狀、體積較小[10],如圖1—2 所示。

圖1 風電機組各部件拆解[10]

(2)取出折疊狀、體積較小的風力發電機組仿真大件設備組件,通過固定束縛裝置上內置的快速充氣設備,迅速給大件設備仿真模型組件(主要是風力發電機組葉片、塔筒等)充氣,使其快速形成與真實大件設備體積形狀完全一樣的仿真模型裝置。

通過固定束縛裝置上的束縛帶及鎖扣將仿真模型裝置固定在大件運輸平板車輛上,按照風電機組大件設備實物真實運輸的方式,在擬定運輸路線上模擬真實運輸場景,如遇到通行問題點,及時記錄并根據實況運輸反饋出的問題,就地制定相應道路改造方案[10],如圖2 所示。

圖2 充氣式仿真大件設備運輸[10]

(3)在問題障礙點,使用固定束縛裝置上內置的快速排氣設備,快速排出充氣式仿真大件設備裝置內的氣體,縮小仿真大件設備裝置的體積,從而使大件運輸平板車輛順利快速通過問題障礙點,前往下一個問題節點[10]。

(4)通過快充、快排,以查找問題節點、通過問題節點,重復上述步驟2—3,直到找出擬定大件運輸路線上存在的所有問題點,并結合各問題點實際情況準確制定出相應的改造方案。

2.2.2 實施要點

基于上述實施步驟,本文所指的解決方案的實施要點如下。

(1)成套的風力發電機組可充氣塑形的仿真大件設備模型組件(主要是風力發電機組葉片、塔筒等)[10],如圖1 所示,該充氣式仿真模型組件充氣前處于折疊狀,體積較小[10]。

(2)集成了快速充氣、快速排氣以及可固定束縛仿真充氣式模型組件的固定束縛裝置,如圖3 所示,該固定束縛裝置由兩層結構組成,分別為:面層的柔性結構層和底層的剛性結構層,面層的柔性結構層主要是便于與充氣式模型組件較好地貼合接觸,底層的剛性結構層主要是便于與運輸車輛進行機械連接固定,剛性結構層靠近車頭部位內置快速充氣設備模塊,剛性結構層靠車尾部位內置快速排氣設備模塊,剛性結構層上附帶有大量束縛帶及鎖扣。

圖3 固定束縛裝置

(3)實際工況下使用的一般大件運輸平板車輛。

(4)需少量具有一定路勘經驗的人員跟車勘察、記錄,并就地結合問題點實際情況提出擬改造方案[10]。

圖1—3 說明:1-風機葉片及對應充氣式仿真設備,2-機艙及對應充氣式仿真設備,3-輪轂,4-塔筒頂段及對應充氣式仿真設備,5-塔筒第二段及對應充氣式仿真設備,6-塔筒第三段及對應充氣式仿真設備,7-塔筒底段及對應充氣式仿真設備,8-風機基礎部分,9-實際工況下的一般大件運輸平板車,10-固定束縛裝置,11-固定束縛裝置內置的快速充氣模塊,12-固定束縛裝置內置的快速排氣模塊,13-固定束縛裝置剛性結構層上附帶的束縛帶及鎖扣。

3 結語

本文從場外大件運輸的角度,分析了陸上風電場大件運輸過程中存在的難點和痛點,并針對難點和痛點提出了相應的創新研究思路及解決方案。 針對傳統場外大件運輸方法普遍存在的道路勘察方式耗時費力、精度不高,且一旦偏差較大直接影響正常施工運輸進度、造成較大經濟損失等問題。

本文提出了一種基于充氣式仿真設備模擬大件運輸的新思路和創新解決方案[10],該解決方案具有節省陸上風電場施工建設前期路勘時間,減少前期路勘人、財、物投入,提高路勘的精度和改造方案的準確性等優點,以期望能給相關從業人員及研究者帶來一點啟發與思考,為推動以風力發電為代表的新能源發電事業高質量發展作出貢獻。