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.pdf

第 4 卷 第 1 期2023 年 8 月新能源科技New第 4 卷 第 1 期2023 年 8 月新能源科技New EnergyEnergy TechnologyVol.4,No.1August,2023TechnologyVol.4,No.1August,2023 作者简介:万军(1986),男,湖北黄冈人,高级工程师,博士研究生;研究方向:电力工程(含新能源)设计及研究。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1,2,3,方伟定1,何卫星1,李 琪1(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)摘要:陆上风电场大件运输一般包含两部分内容:场外运输和场内运输。无论是场外运输还是场内运输,其根本还是在于道路,场外大件运输道路主要着眼于对现有道路的改造,场内大件运输道路的工作重点则在复杂地形条件下道路展线、土石方量控制、水土保持及道路边坡复绿等问题上。文章主要从风力发电机组设备运输技术创新的角度,结合风电大件运输道路,以场外大件运输为切入点,对陆上风电场大件运输相关创新方法进行了深入思考,提出了相应的解决和应对方案,以供广大风能发电相关从业人员交流与探讨。关键词:风能发电;大件运输;场外改造;模拟运输中图分类号:U41 文献标志码:A 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。75新能源科技新能源科技(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 7090 m 之间,而单节塔筒的最长段一般也在约 2030 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 12 所示。(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。(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85新能源科技新能源科技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 23,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。图 1 风电机组各部件拆解10(注:各大部件均进行充气式完全仿真模拟,除 8-风机基础部分外)(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。(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 13 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-塔筒图 2 充气式仿真大件设备运输10图 3 固定束缚装置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。95新能源科技新能源科技参考文献1郭迎福,刘亦,刘厚才,等.风机叶片山地运输车辆转弯半径与道路占用分析J.公路与汽车,2021(4):11-13.2张明霞.桂北山地风电大件运输问题探讨J.能源与节能,2015(3):66-67.3吕玉善,刘昕冲,夏莲.山地风电场设备运输车辆及道路研究J.石油化工建设,2021(5):60-63.4王勇萌,浅谈山区风电场的大件运输EB/OL.(2018-10-09)2023-07-08.https:/ 102092019S.北京:中国水利水电出版社,2019.7中华人民共和国能源行业标准.陆上风电场工程施工安装技术规程:NB/T 100872018S.北京:中国水利水电出版社,2019.8中华人民共和国能源行业标准.陆上风电场工程施工组织设计规范:NB/T 311132017S.北京:中国水利水电出版社,2018.9中华人民共和国能源行业标准.风电场工程劳动安全与职业卫生设计规范:NB/T 102192019S.北京:中国水利水电出版社,2019.10万军,方伟定,何卫星,等.一种用于陆上风电大件运输的模拟运输方法:201711487280.3P.2017-12-29.(编辑 傅金睿)Research on innovative methods for large cargo transportation in onshore wind farms:from the perspective of off-site transportation Wan Jun1,2,3,Fang Weiding1,He Weixing1,Li Qi1(1.China Energy Construction Group Zhejiang Electric Power Design Institute Co.,Ltd.,Hangzhou 310012,China;2.School of Transportation,Southeast University,Nanjing 210018,China;3.China Energy Engineering Corporation Northeast No.2 Electric Power Construction Co.,Ltd.,Dalian 116023,China)Abstract:The transportation of large items in onshore wind farms generally includes two parts,off-site transportation and on-site transportation.However,whether it is off-site transportation or on-site transportation,it is fundamentally on the road.The off-site large cargo transportation road focuses on the renovation of existing roads,while the work focus of the on-site large cargo transportation road is on issues such as road extension under complex terrain conditions,control of earthwork volume,soil and water conservation,and road slope greening.Starting from my work experience.This article mainly focuses on the innovation of transportation technology for wind turbine equipment,combined with the road of wind power large-scale transportation,and takes off-site large-scale transportation as the entry point.It deeply considers the innovative methods related to large-scale transportation in onshore wind farms,and proposes corresponding solutions and response plans for the exchange and discussion of practitioners related to large-scale wind power generation.Key words:wind power generation;large cargo transportation;off site renovation;simulated transportation06