萬 軍, 方偉定, 何衛(wèi)星, 李 琪

(1.中國能源建設(shè)集團(tuán)浙江省電力設(shè)計(jì)院有限公司,浙江 杭州 310012; 2.東南大學(xué) 交通學(xué)院,江蘇 南京 210018; 3.中國能源建設(shè)集團(tuán)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(dòng)“3060 雙碳”戰(zhàn)略的當(dāng)下,積極發(fā)展以風(fēng)力發(fā)電為代表的清潔可再生能源是響應(yīng)國家戰(zhàn)略規(guī)劃要求,踐行綠色可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。陸上風(fēng)電作為風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的重要組成,風(fēng)電大件設(shè)備的運(yùn)輸問題一直以來都是行業(yè)難題。 一般來說,風(fēng)電場(chǎng)大件運(yùn)輸是指借助相應(yīng)的運(yùn)輸工具,通過運(yùn)輸?shù)缆穼L(fēng)電大件設(shè)備:機(jī)艙、塔筒、葉片及相關(guān)附件等,從設(shè)備廠家運(yùn)至風(fēng)電場(chǎng)各風(fēng)機(jī)機(jī)位點(diǎn)。 陸上風(fēng)電場(chǎng)的大件運(yùn)輸,從根本上就是運(yùn)輸?shù)缆返膯栴},其一直以來都是風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)過程中的重點(diǎn),也是難點(diǎn)。

如何既盡可能地降低建設(shè)及改造成本、減少水土擾動(dòng),又能保證大件設(shè)備的順暢運(yùn)輸,一直是行業(yè)內(nèi)相關(guān)從業(yè)人員不斷追求的目標(biāo)和努力的方向。 一般而言,風(fēng)電場(chǎng)大件運(yùn)輸是以擬定的風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)內(nèi)、外道路分界點(diǎn)為界,分為場(chǎng)外大件運(yùn)輸和場(chǎng)內(nèi)大件運(yùn)輸,本文主要從場(chǎng)外大件運(yùn)輸角度,以風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備運(yùn)輸技術(shù)創(chuàng)新為研究點(diǎn),提出相應(yīng)的解決方案,以供廣大風(fēng)能發(fā)電相關(guān)從業(yè)人員交流與探討。

1 場(chǎng)外大件運(yùn)輸?shù)募夹g(shù)要求及難點(diǎn)

1.1 技術(shù)要求

陸上風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)外大件運(yùn)輸?shù)缆返闹饕夹g(shù)要求如下[1-5]。

(1)陸上風(fēng)電大件運(yùn)輸時(shí),風(fēng)電機(jī)組的葉片、塔筒由于尺寸較長,葉片的掃尾區(qū)域、塔筒的半掛車后段轉(zhuǎn)彎區(qū)域不能有任何障礙物,如:電力桿塔、樹木、建構(gòu)筑物等[4]。

(2)若必須途徑的現(xiàn)有道路轉(zhuǎn)彎半徑較小,不能滿足大件運(yùn)輸轉(zhuǎn)彎需要時(shí),應(yīng)按照大件運(yùn)輸需要改造現(xiàn)有道路的轉(zhuǎn)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(fēng)電場(chǎng)大件設(shè)備運(yùn)輸時(shí),凈空要求不低于運(yùn)輸車輛平板高度與風(fēng)電大件設(shè)備最大尺寸之和,隨著近年來陸上風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量不斷變大,對(duì)運(yùn)輸?shù)缆返膬艨找笠仓鹉晏岣遊4,6-7]。

(4)當(dāng)風(fēng)電機(jī)組葉片運(yùn)輸采用舉升運(yùn)輸時(shí),舉升高空內(nèi)不得有架空電纜、管道、樹木、建構(gòu)筑物等障礙物[4,6-8]。

(5)開展風(fēng)電大件運(yùn)輸前,應(yīng)充分調(diào)研、論證途經(jīng)橋梁、涵洞的最大承載能力,確保風(fēng)電大件設(shè)備能安全順利通行[4,8-9]。

(6)大件運(yùn)輸時(shí)必須途經(jīng)的現(xiàn)有道路的轉(zhuǎn)彎半徑、道路寬度、道路坡度等,必須結(jié)合實(shí)際風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的具體風(fēng)電機(jī)組設(shè)備廠家提供的相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行改造和處置[6]。

1.2 難點(diǎn)及痛點(diǎn)

根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),通過分析目前陸上風(fēng)電場(chǎng)大件運(yùn)輸存在問題、產(chǎn)生原因及其深層機(jī)理,本文將目前陸上風(fēng)電場(chǎng)大件運(yùn)輸?shù)闹饕y點(diǎn)和痛點(diǎn)分析及總結(jié)如下[10]。

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

風(fēng)電大件設(shè)備一般需要從設(shè)備廠運(yùn)輸至風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)址所在地,這一過程會(huì)面臨著較長的路程,沿途地形復(fù)雜且變化多樣。 同時(shí),這些途經(jīng)道路在當(dāng)初設(shè)計(jì)時(shí)往往并未考慮運(yùn)輸類似風(fēng)電設(shè)備這樣超大超長件的特殊需求。 因此,需要大量的道路技術(shù)改造,這樣便給風(fēng)電場(chǎng)大件設(shè)備的運(yùn)輸及施工建設(shè)帶來了巨大的困難。

(2)運(yùn)輸前,由經(jīng)驗(yàn)豐富的運(yùn)輸單位、施工單位、設(shè)計(jì)單位、設(shè)備廠家等多單位組成的人員數(shù)量龐大的前期路勘團(tuán)隊(duì),往往耗費(fèi)大量人力、物力以及時(shí)間[10]。 陸上風(fēng)電場(chǎng)在運(yùn)輸風(fēng)電大型設(shè)備前,都會(huì)進(jìn)行專門的道路前期勘察,都會(huì)按照擬定的運(yùn)輸路線,沿途勘察每個(gè)可能存在問題的障礙點(diǎn),并制定相應(yīng)的技術(shù)改造方案[10]。

但這種常規(guī)傳統(tǒng)的方式,幾十甚至幾百km 路勘下來,要準(zhǔn)確搞清楚每一個(gè)問題的節(jié)點(diǎn),通常需要耗費(fèi)大量的時(shí)間、精力以及財(cái)力[10]。

(3)常規(guī)傳統(tǒng)的路勘缺乏準(zhǔn)確性,可靠度不高。目前常規(guī)傳統(tǒng)的道路前期勘查方式,即使擁有龐大的路勘團(tuán)隊(duì),由于無實(shí)物參照,通常較多的主要還是依賴路勘人的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和主觀判斷,往往會(huì)導(dǎo)致勘查結(jié)果與實(shí)際出現(xiàn)較大的誤差[10],從而嚴(yán)重制約陸上風(fēng)電場(chǎng)工程建設(shè)進(jìn)度,也非常不利于工程前期成本的控制。

(4)采用實(shí)物直接模擬運(yùn)輸查找問題點(diǎn)并制定改造方案的方式,易導(dǎo)致設(shè)備損壞且造成交通阻塞,風(fēng)險(xiǎn)較大[10]。 如果直接采用風(fēng)電機(jī)組實(shí)物設(shè)備實(shí)地進(jìn)行模擬運(yùn)輸來查找問題點(diǎn)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(fēng)力發(fā)電大件設(shè)備一般造價(jià)高、體積大,若在擬運(yùn)輸路線未經(jīng)改造的情況下,就采用實(shí)物設(shè)備模擬運(yùn)輸,查找問題點(diǎn),一旦遇到無法通過的道路問題點(diǎn),設(shè)備將會(huì)受損,風(fēng)險(xiǎn)較大[10];另一方面,風(fēng)力發(fā)電大件設(shè)備運(yùn)輸一般需要封閉管制相關(guān)道路,在特定時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行專門運(yùn)輸[10]。 若在擬運(yùn)輸路線尚未改造的情況下,就直接進(jìn)行實(shí)物模擬運(yùn)輸,一旦遇到無法通過的問題節(jié)點(diǎn),那么設(shè)備將會(huì)被卡在問題點(diǎn),進(jìn)退兩難[10]。 即使現(xiàn)場(chǎng)就地改造問題點(diǎn),不僅耗時(shí)費(fèi)力且難以放手展開施工作業(yè),還會(huì)阻塞正常交通。

2 創(chuàng)新研究思路及實(shí)現(xiàn)方式

2.1 研究思路

為了解決現(xiàn)有常規(guī)大件運(yùn)輸?shù)碾y點(diǎn)及痛點(diǎn),本文重點(diǎn)從降低前期道路勘察成本、減少人力、財(cái)力投入,節(jié)省前期道路勘察時(shí)間,提高道路勘察的精度和改造方案的準(zhǔn)確性等角度,有針對(duì)性地提出一種充氣式的仿真模擬運(yùn)輸裝置創(chuàng)新解決方案,以提升陸上風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)外大件運(yùn)輸改造的經(jīng)濟(jì)性、準(zhǔn)確性以及效率[10],從而較好地服務(wù)于陸上風(fēng)電場(chǎng)施工建設(shè)。

2.2 實(shí)現(xiàn)方式

2.2.1 實(shí)施步驟

根據(jù)研究思路,建議具體實(shí)現(xiàn)步驟如下。

(1)按照風(fēng)力發(fā)電機(jī)組大件設(shè)備(主要是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片和塔筒)的實(shí)際尺寸、體積大小,制造一種充氣狀態(tài)下與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組大件設(shè)備(主要是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片、塔筒等)實(shí)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(tài)下處于折疊狀、體積較小[10],如圖1—2 所示。

圖1 風(fēng)電機(jī)組各部件拆解[10]

(2)取出折疊狀、體積較小的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組仿真大件設(shè)備組件,通過固定束縛裝置上內(nèi)置的快速充氣設(shè)備,迅速給大件設(shè)備仿真模型組件(主要是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片、塔筒等)充氣,使其快速形成與真實(shí)大件設(shè)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(yùn)輸平板車輛上,按照風(fēng)電機(jī)組大件設(shè)備實(shí)物真實(shí)運(yùn)輸?shù)姆绞?在擬定運(yùn)輸路線上模擬真實(shí)運(yùn)輸場(chǎng)景,如遇到通行問題點(diǎn),及時(shí)記錄并根據(jù)實(shí)況運(yùn)輸反饋出的問題,就地制定相應(yīng)道路改造方案[10],如圖2 所示。

圖2 充氣式仿真大件設(shè)備運(yùn)輸[10]

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

(4)通過快充、快排,以查找問題節(jié)點(diǎn)、通過問題節(jié)點(diǎn),重復(fù)上述步驟2—3,直到找出擬定大件運(yùn)輸路線上存在的所有問題點(diǎn),并結(jié)合各問題點(diǎn)實(shí)際情況準(zhǔn)確制定出相應(yīng)的改造方案。

2.2.2 實(shí)施要點(diǎn)

基于上述實(shí)施步驟,本文所指的解決方案的實(shí)施要點(diǎn)如下。

(1)成套的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可充氣塑形的仿真大件設(shè)備模型組件(主要是風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(jié)構(gòu)組成,分別為:面層的柔性結(jié)構(gòu)層和底層的剛性結(jié)構(gòu)層,面層的柔性結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)層主要是便于與運(yùn)輸車輛進(jìn)行機(jī)械連接固定,剛性結(jié)構(gòu)層靠近車頭部位內(nèi)置快速充氣設(shè)備模塊,剛性結(jié)構(gòu)層靠車尾部位內(nèi)置快速排氣設(shè)備模塊,剛性結(jié)構(gòu)層上附帶有大量束縛帶及鎖扣。

圖3 固定束縛裝置

(3)實(shí)際工況下使用的一般大件運(yùn)輸平板車輛。

(4)需少量具有一定路勘經(jīng)驗(yàn)的人員跟車勘察、記錄,并就地結(jié)合問題點(diǎn)實(shí)際情況提出擬改造方案[10]。

圖1—3 說明:1-風(fēng)機(jī)葉片及對(duì)應(yīng)充氣式仿真設(shè)備,2-機(jī)艙及對(duì)應(yīng)充氣式仿真設(shè)備,3-輪轂,4-塔筒頂段及對(duì)應(yīng)充氣式仿真設(shè)備,5-塔筒第二段及對(duì)應(yīng)充氣式仿真設(shè)備,6-塔筒第三段及對(duì)應(yīng)充氣式仿真設(shè)備,7-塔筒底段及對(duì)應(yīng)充氣式仿真設(shè)備,8-風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)部分,9-實(shí)際工況下的一般大件運(yùn)輸平板車,10-固定束縛裝置,11-固定束縛裝置內(nèi)置的快速充氣模塊,12-固定束縛裝置內(nèi)置的快速排氣模塊,13-固定束縛裝置剛性結(jié)構(gòu)層上附帶的束縛帶及鎖扣。

3 結(jié)語

本文從場(chǎng)外大件運(yùn)輸?shù)慕嵌?分析了陸上風(fēng)電場(chǎng)大件運(yùn)輸過程中存在的難點(diǎn)和痛點(diǎn),并針對(duì)難點(diǎn)和痛點(diǎn)提出了相應(yīng)的創(chuàng)新研究思路及解決方案。 針對(duì)傳統(tǒng)場(chǎng)外大件運(yùn)輸方法普遍存在的道路勘察方式耗時(shí)費(fèi)力、精度不高,且一旦偏差較大直接影響正常施工運(yùn)輸進(jìn)度、造成較大經(jīng)濟(jì)損失等問題。

本文提出了一種基于充氣式仿真設(shè)備模擬大件運(yùn)輸?shù)男滤悸泛蛣?chuàng)新解決方案[10],該解決方案具有節(jié)省陸上風(fēng)電場(chǎng)施工建設(shè)前期路勘時(shí)間,減少前期路勘人、財(cái)、物投入,提高路勘的精度和改造方案的準(zhǔn)確性等優(yōu)點(diǎn),以期望能給相關(guān)從業(yè)人員及研究者帶來一點(diǎn)啟發(fā)與思考,為推動(dòng)以風(fēng)力發(fā)電為代表的新能源發(fā)電事業(yè)高質(zhì)量發(fā)展作出貢獻(xiàn)。