陆上风电场大件运输创新方法思考——从场外大件运输角度

万 军, 方伟定, 何卫星, 李 琪

(1.中国能源建设集团浙江省电力设计院有限公司,浙江 杭州 310012; 2.东南大学 交通学院,江苏 南京 210018; 3.中国能源建设集团东北电力第二工程有限公司,辽宁 大连 116023)

0 引言

在国家大力推动“3060 双碳”战略的当下,积极发展以风力发电为代表的清洁可再生能源是响应国家战略规划要求,践行绿色可持续发展的重要举措。陆上风电作为风力发电行业的重要组成,风电大件设备的运输问题一直以来都是行业难题。 一般来说,风电场大件运输是指借助相应的运输工具,通过运输道路将风电大件设备:机舱、塔筒、叶片及相关附件等,从设备厂家运至风电场各风机机位点。 陆上风电场的大件运输,从根本上就是运输道路的问题,其一直以来都是风电场建设过程中的重点,也是难点。

如何既尽可能地降低建设及改造成本、减少水土扰动,又能保证大件设备的顺畅运输,一直是行业内相关从业人员不断追求的目标和努力的方向。 一般而言,风电场大件运输是以拟定的风电场场内、外道路分界点为界,分为场外大件运输和场内大件运输,本文主要从场外大件运输角度,以风力发电机组设备运输技术创新为研究点,提出相应的解决方案,以供广大风能发电相关从业人员交流与探讨。

1 场外大件运输的技术要求及难点

1.1 技术要求

陆上风电场场外大件运输道路的主要技术要求如下[1-5]。

(1)陆上风电大件运输时,风电机组的叶片、塔筒由于尺寸较长,叶片的扫尾区域、塔筒的半挂车后段转弯区域不能有任何障碍物,如:电力杆塔、树木、建构筑物等[4]。

(2)若必须途径的现有道路转弯半径较小,不能满足大件运输转弯需要时,应按照大件运输需要改造现有道路的转弯处,这些改造往往涉及道路弯道填筑加宽或开挖山体削坡等处理手段[4,6]。

(3)风电场大件设备运输时,净空要求不低于运输车辆平板高度与风电大件设备最大尺寸之和,随着近年来陆上风电机组单机容量不断变大,对运输道路的净空要求也逐年提高[4,6-7]。

(4)当风电机组叶片运输采用举升运输时,举升高空内不得有架空电缆、管道、树木、建构筑物等障碍物[4,6-8]。

(5)开展风电大件运输前,应充分调研、论证途经桥梁、涵洞的最大承载能力,确保风电大件设备能安全顺利通行[4,8-9]。

(6)大件运输时必须途经的现有道路的转弯半径、道路宽度、道路坡度等,必须结合实际风电场项目对应的具体风电机组设备厂家提供的相应参数进行改造和处置[6]。

1.2 难点及痛点

根据工程实践经验,通过分析目前陆上风电场大件运输存在问题、产生原因及其深层机理,本文将目前陆上风电场大件运输的主要难点和痛点分析及总结如下[10]。

(1)运输路线长,途经道路等级多样,改造工作量大[10]。 风电设备通常都具有较大的尺寸,以目前广泛使用的陆上风电场主流机型(如:3. X 级、5. X级、6.X 级)为例,叶片的长度一般在70~90 m 之间,而单节塔筒的最长段一般也在约20~30 m 之间。 这些设备显然属于典型的大件,一般在运输过程中面临着极大的困难。

风电大件设备一般需要从设备厂运输至风电场场址所在地,这一过程会面临着较长的路程,沿途地形复杂且变化多样。 同时,这些途经道路在当初设计时往往并未考虑运输类似风电设备这样超大超长件的特殊需求。 因此,需要大量的道路技术改造,这样便给风电场大件设备的运输及施工建设带来了巨大的困难。

(2)运输前,由经验丰富的运输单位、施工单位、设计单位、设备厂家等多单位组成的人员数量庞大的前期路勘团队,往往耗费大量人力、物力以及时间[10]。 陆上风电场在运输风电大型设备前,都会进行专门的道路前期勘察,都会按照拟定的运输路线,沿途勘察每个可能存在问题的障碍点,并制定相应的技术改造方案[10]。

但这种常规传统的方式,几十甚至几百km 路勘下来,要准确搞清楚每一个问题的节点,通常需要耗费大量的时间、精力以及财力[10]。

(3)常规传统的路勘缺乏准确性,可靠度不高。目前常规传统的道路前期勘查方式,即使拥有庞大的路勘团队,由于无实物参照,通常较多的主要还是依赖路勘人的个人经验和主观判断,往往会导致勘查结果与实际出现较大的误差[10],从而严重制约陆上风电场工程建设进度,也非常不利于工程前期成本的控制。

(4)采用实物直接模拟运输查找问题点并制定改造方案的方式,易导致设备损坏且造成交通阻塞,风险较大[10]。 如果直接采用风电机组实物设备实地进行模拟运输来查找问题点从而制定改造方案的方法[10],则往往存在以下两方面的问题。

一方面,由于风力发电大件设备一般造价高、体积大,若在拟运输路线未经改造的情况下,就采用实物设备模拟运输,查找问题点,一旦遇到无法通过的道路问题点,设备将会受损,风险较大[10];另一方面,风力发电大件设备运输一般需要封闭管制相关道路,在特定时间段内进行专门运输[10]。 若在拟运输路线尚未改造的情况下,就直接进行实物模拟运输,一旦遇到无法通过的问题节点,那么设备将会被卡在问题点,进退两难[10]。 即使现场就地改造问题点,不仅耗时费力且难以放手展开施工作业,还会阻塞正常交通。

2 创新研究思路及实现方式

2.1 研究思路

为了解决现有常规大件运输的难点及痛点,本文重点从降低前期道路勘察成本、减少人力、财力投入,节省前期道路勘察时间,提高道路勘察的精度和改造方案的准确性等角度,有针对性地提出一种充气式的仿真模拟运输装置创新解决方案,以提升陆上风电场场外大件运输改造的经济性、准确性以及效率[10],从而较好地服务于陆上风电场施工建设。

2.2 实现方式

2.2.1 实施步骤

根据研究思路,建议具体实现步骤如下。

(1)按照风力发电机组大件设备(主要是风力发电机组叶片和塔筒)的实际尺寸、体积大小,制造一种充气状态下与风力发电机组大件设备(主要是风力发电机组叶片、塔筒等)实际尺寸及外形体积完全一样的仿真模型装置,其排出全部气体状态下处于折叠状、体积较小[10],如图1—2 所示。

图1 风电机组各部件拆解[10]

(2)取出折叠状、体积较小的风力发电机组仿真大件设备组件,通过固定束缚装置上内置的快速充气设备,迅速给大件设备仿真模型组件(主要是风力发电机组叶片、塔筒等)充气,使其快速形成与真实大件设备体积形状完全一样的仿真模型装置。

通过固定束缚装置上的束缚带及锁扣将仿真模型装置固定在大件运输平板车辆上,按照风电机组大件设备实物真实运输的方式,在拟定运输路线上模拟真实运输场景,如遇到通行问题点,及时记录并根据实况运输反馈出的问题,就地制定相应道路改造方案[10],如图2 所示。

图2 充气式仿真大件设备运输[10]

(3)在问题障碍点,使用固定束缚装置上内置的快速排气设备,快速排出充气式仿真大件设备装置内的气体,缩小仿真大件设备装置的体积,从而使大件运输平板车辆顺利快速通过问题障碍点,前往下一个问题节点[10]。

(4)通过快充、快排,以查找问题节点、通过问题节点,重复上述步骤2—3,直到找出拟定大件运输路线上存在的所有问题点,并结合各问题点实际情况准确制定出相应的改造方案。

2.2.2 实施要点

基于上述实施步骤,本文所指的解决方案的实施要点如下。

(1)成套的风力发电机组可充气塑形的仿真大件设备模型组件(主要是风力发电机组叶片、塔筒等)[10],如图1 所示,该充气式仿真模型组件充气前处于折叠状,体积较小[10]。

(2)集成了快速充气、快速排气以及可固定束缚仿真充气式模型组件的固定束缚装置,如图3 所示,该固定束缚装置由两层结构组成,分别为:面层的柔性结构层和底层的刚性结构层,面层的柔性结构层主要是便于与充气式模型组件较好地贴合接触,底层的刚性结构层主要是便于与运输车辆进行机械连接固定,刚性结构层靠近车头部位内置快速充气设备模块,刚性结构层靠车尾部位内置快速排气设备模块,刚性结构层上附带有大量束缚带及锁扣。

图3 固定束缚装置

(3)实际工况下使用的一般大件运输平板车辆。

(4)需少量具有一定路勘经验的人员跟车勘察、记录,并就地结合问题点实际情况提出拟改造方案[10]。

图1—3 说明:1-风机叶片及对应充气式仿真设备,2-机舱及对应充气式仿真设备,3-轮毂,4-塔筒顶段及对应充气式仿真设备,5-塔筒第二段及对应充气式仿真设备,6-塔筒第三段及对应充气式仿真设备,7-塔筒底段及对应充气式仿真设备,8-风机基础部分,9-实际工况下的一般大件运输平板车,10-固定束缚装置,11-固定束缚装置内置的快速充气模块,12-固定束缚装置内置的快速排气模块,13-固定束缚装置刚性结构层上附带的束缚带及锁扣。

3 结语

本文从场外大件运输的角度,分析了陆上风电场大件运输过程中存在的难点和痛点,并针对难点和痛点提出了相应的创新研究思路及解决方案。 针对传统场外大件运输方法普遍存在的道路勘察方式耗时费力、精度不高,且一旦偏差较大直接影响正常施工运输进度、造成较大经济损失等问题。

本文提出了一种基于充气式仿真设备模拟大件运输的新思路和创新解决方案[10],该解决方案具有节省陆上风电场施工建设前期路勘时间,减少前期路勘人、财、物投入,提高路勘的精度和改造方案的准确性等优点,以期望能给相关从业人员及研究者带来一点启发与思考,为推动以风力发电为代表的新能源发电事业高质量发展作出贡献。