山区风电发电场道路的多元决策设计.pdf

中国新技术新产品2024 NO.3（上）-105-工 程 技 术目前，广西壮族自治区的经济发展逐步驶入快车道，因此省域范围内的能源总量需求不断增加。但是，从天然能源的储备情况来看，广西壮族自治区是一个能源比较稀缺的地区，煤炭、石油、天然气的储量都比较低1。在这种情况下，要保证省域内的能源供给，就必须充分依托广西境内的自然条件和气候条件，对自然能到电能进行转换，从而保证广西地区的能源供给，在广西电源结构中增加风电等清洁能源的比重刻不容缓2。随着广西东兰县地方经济的高速发展，对电力的需求越来越大，根据电力电量平衡结果，考虑本文中风电场也参与电力电量平衡，20222025 年东兰县电网最大缺电力约 76MW91MW，缺电量约 235GWh311GWh。从东兰县实际能源条件来看，建设风力发电场充分利用风力输出电能，是缓解能源紧缺的最有效性途径。但东兰县地处山区，地形结构特征起伏多变且植被茂密丛杂，又没有已经建成的山区公路交通网络，给风力发电设备尤其是大型设备的运输造成了较为严重的困难3。在这种情况下，如何根据风力发电设备的运输进行道路设计，成为影响东兰县电能供给的核心问题。本文结合实际项目需求，综合考虑多种因素，在多元决策模型下进行山区风电发电场道路设计。1 山区风电发电场道路建设技术指标分析本项目拟布置 19 台单机容量 5000kW 的 SI-19350 风力发电机组（叶轮直径为 193m，轮毂高度为 110m），其中两台限发 3500kW，总装机容量 92MW 的东兰弄好岭风电场位于东兰县东部，距场址有国道 G78、汕昆高速公路，场址南部有乡道横穿。场址主要涉及花香乡、隘洞镇、长乐镇 3 个乡镇，主要考虑利用周边一带的山脊和山包区域，并充分考虑这些复杂地形区域的实际情况，才能为电场道路设计提供最可靠的依据。东兰县境内以丘陵地形为主，境内侵蚀低山、溶蚀谷、溶蚀洼地相间，构成了东北部侵蚀低山，中山地区，中南部溶蚀谷地区，西南峰丛洼地区。地貌按其基本形态和成因大致分为构造剥蚀中低山陡坡、岩溶化中低山、岩溶山沟谷型、峰丛谷地型岩溶地貌 5 种类型。风电场场址区地形地貌主要是低山地貌，以构造作用为主，受长期强烈的剥蚀切割作用，总体呈现山脊、沟谷、山脊状相间分布。山体高耸雄厚，连绵起伏，高差较大。场址主要由一条近似呈南北走向的主山脊及支脉构成。沟谷发育，深切山体，沟尾延伸至山脊，沟谷走向以西东为主，与山脊走向大致垂直，少量沟谷常年有水。风电场各风机位均位于山顶，高程通常为 800m1115m，沟谷高程通常为 600m1000m，峰谷间相对高差为 200m400m，局部高差 400m。山坡自然坡度15 35，局部为 40 50。本项目风电发电场建设位置的高程图，如图 1 所示。本风电场为地势起伏较大的山地丘陵地区，施工道路路线布设受到风机位置和地形的限制，难以满足道路纵坡 15%的要求，条件允许时应尽量采用较高的平曲线指标。本项目根据地形地物、工程地质、水文地质以及桥涵构造物等要求进行纵断面设计。进场道路利用已有的村村通道路，部分道路宽 5m，难以满足风机大件运输要求，需要继续改扩建，进场道路改扩建 2km，场内改扩建路段长约 12km。连接各风机位点的道路为新建道路，道路采用路面宽 5m 两侧各 0.5m 路肩，泥结石路面，场内新建道路长度约 29km。路线主要技术指标标准见表 1。2 发电场道路设计的多元决策模型为合理设计风电发电场道路，需要综合考虑表 1 中的多个技术指标，每个指标都对应了要道路建设总目标下的一个具体的特征。多元决策的建模思想在风电发电场道路设计的全部技术指标和特征都形成对应后，可以去除无效信息、保留有效信息，以此确定方案。按照多元决策建模的框架思路，需要构造技术指标集合，如公式（1）所示。E=e1，e2，e|E|（1）式中：E 为风电发电场道路设计方案的指标集合；e1为风电发电场道路设计方案的第一个指标；e2风电发电场道路设计方案的第二个指标；e|E|为风电发电场道路设计方案的第|E|个指标；|E|为风电发电场道路设计方案的全部指标。根据技术指标集合 E，可以进一步设定可能的方案集合，如公式（2）所示。P=p1，p2，p|P|（2）式中：P 为风电发电场道路设计的方案集合；p1为风电发电山区风电发电场道路的多元决策设计张其勇（中国安能集团第一工程局有限公司，广西 南宁 530304）摘 要：针对广西东兰县风电发电场项目的实际问题，构建了一种基于多元决策模型的道路设计方案选择方法。多元决策模型根据项目技术指标，分别构建指标矩阵、方案矩阵、权重矩阵、判断矩阵，从而形成不同方案的量化对比，辅助设计人员进行合理的方案选择。两组设计方案的对比结果显示，在不同的风电设备塔筒长度、相同的转弯半径条件下，采用特殊车辆运输的方案所需道路宽度更窄，有助于节省道路施工的成本。关键词：风电发电场；道路设计；多元决策模型中图分类号：TM74 文献标志码：A表 1 道路主要技术指标设计速度（km/h）路基宽度（m）路面宽度（m）路面类型最小平曲线半径（m）最小竖曲线半径（m）最大设计坡度（）桥梁承载力1565泥结石2020018.0公路-级中国新技术新产品2024 NO.3（上）-106-工 程 技 术场道路设计的第一个方案；p2为风电发电场道路设计的第二个方案；p|P|为风电发电场道路设计的第|P|个方案；|P|为风电发电场道路设计的全部方案。根据多元决策建模的原理，风电发电场道路设计的技术指标矩阵和方案矩阵已经构建完毕，可以进一步生成判断矩阵，如公式（3）所示。=EPEEEPPPrrrerrrerrrepppPER2122221211211121（3）式中：R 为风电发电场道路设计方案矩阵；r11为根据风电发电场道路设计一号技术指标和一号方案所构建的判断矩阵；r12为根据风电发电场道路设计二号技术指标和一号方案所构建的判断矩阵；r21为根据风电发电场道路设计一号技术指标和二号方案所构建的判断矩阵。风电发电场道路设计存在多个可能的候选方案，因此采纳哪种方案需要一定依据。结合风电发电场道路设计的已有经验，生成专家系统知识库。在专家知识库内对可能的候选方案进行权重的配置，全部方案的权重叠加在一起符合下面的关系，如公式（4）所示。=Ejjq01（4）式中：qj为风电发电场道路设计第 j 个候选方案的权重；|E|为风电发电场道路设计所有候选方案的总数。风电发电场道路设计的技术指标不同，单位量纲、数值都存在一定差异，由此生成的风电发电场的道路设计方案也存在不同的量纲、数值范围。为能对其在同一尺度上进行选择决策，须将其纳入同一量纲范围、同一值域范围内，可以通过归一化来解决。正向归一化的操作如公式（5）所示。trriPjEjijij?max,11（5）负向正向归一化的操作如公式（6）所示。trriPjEjijji?min,11（6）3 山区风电发电场道路设计方案对比试验山区风电发电场道路设计，最大的难点就是解决风力发电机组的运输问题。风力发电机组的体积大，在山区运输有很大的困难。因此，须结合本项目道路设计的技术指标，采用多元决策模型法，对不同运输方案进行试验对比，确定道路设计的方案。根据多元决策模型，比较两种运输方案下对道路参数的需求，结果见表 2。为直观地展示表 2 中的对比情况，将其绘制成柱状图，分别如图 2 图 5 所示。从图 2 图 5 可看出，在塔筒长度不同，转弯半径相同的配置中，特殊运输下的道路设计方案的道路宽度总是低于普通运输方案的道路宽度，可以节省工程用料量、节约道路建设成本。4 结论广西地区天然能源较为稀缺，综合考虑国家低碳环保发展战略，风力发电成为广西今后能源供给的重要方向。广西东兰县风力资源丰富，但山区自然条件限制给风力发电场建设造成了困扰。本文针对东兰县风力发电场实际建设项目，图 1 风电发电场道路建设高程图花香乡三弄瑶族乡中国新技术新产品2024 NO.3（上）-107-工 程 技 术综合考虑其道路设计的各项技术指标，在多元决策模型的支持下，对普通运输和特殊运输两种方案进行对比，结果显示采用特殊车辆运输进行道路设计，会大大减少道路施工工程用料，从而节约道路建设成本。参考文献1 关秋韵.以绿色电力驱动广西新能源产业高质量发展专访天能电池集团董事长张天任 J.中国-东盟博览，2021，23（1）：20-21.2 李振垚，摆世彬，方若水，等.基于广域测量系统的双馈风力发电机组在线参数辨识方法 J.南方电网技术，2021，15（5）：99-108.3 胡恒武，查旭东，吕瑞东，等.基于光伏发电的道路能量收集技术研究进展 J.材料导报，2022，36（20）：60-72.表 2 多元决策模型下两种运输方案的道路参数需求对比（单位：m）塔筒长普通运输转弯半径普通运输道路宽度特殊运输转弯半径特殊运输道路宽度备注18189117.5最小半径18208.5206.218257.5255.821209.5138.5最小半径21258.5256.621308306.2242310159最小半径242510257.124309306.624358356.2262710.5179.8263010307.42635935726408.5406.6图 2 塔筒长度为 18m 时两种方案的道路宽度对比图 3 塔筒长度为 21m 时两种方案的道路宽度对比图 4 塔筒长度为 24m 时两种方案的道路宽度对比图 5 塔筒长度为 26m 时两种方案的道路宽度对比11109876511109876511109876511109876520252535354030302530普通运输 特殊运输普通运输 特殊运输普通运输 特殊运输普通运输 特殊运输