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山地风电场道路工程设计问题研究

2023-11-22 35 上传者：管理员

摘要：风能是重要的可再生清洁能源，在我国有着广泛的应用。山地风能充沛，因此风电场多建于山地。在山地风电场建设过程中，如何设计建设能够满足超大风电设备运输要求的道路是关键。相较于普通道路工程，山地风电场道路工程在平、纵、横设计方面都有着更高的要求，为保证山地风电场道路工程质量，工程建设应结合山地风电场设备运输需求做好道路工程设计。基于此，分析了山地风电场道路工程的特点与设计问题，并结合实例探究山地风电场道路工程设计方法。

关键词：
山地风电场
平曲线指标
设备运输
道路工程
风电机组
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近年来我国风力发电技术快速发展，山地风电场建设数量与规模也在不断增加。目前我国已建成的山地风电场主要集中在滩涂、平原以及山地地区，对于山地风电场建设而言，为了满足相关材料与风电机组设备运输需求，在山地风电场建设的同时还要修建相应的道路。山地树木茂盛、地势较高、地形复杂，这些都给山地风电场道路工程设计带来了巨大挑战。结合具体的地形地貌以及风电场建设需求做好山地风电场道路工程设计，助力风电场的高效建设与高效运行[1]。

1、山地风电场道路工程的特点

1.1 造价高且工程量估算难度大

山地风电场道路工程设计标准高以及施工难度大，因此工程造价相对较高。山地风电场道路工程每公里平均造价为100万元左右，远远高于普通道路工程造价。另外由于不同的山地风电场涉及的地形地貌不同，不同的山地风电场道路工程量也存在较大的差异，因此估算工程量难度大。山地风电场道路工程的工期要求比较严格，有时为了追求工期会在未经地质详勘的情况下进行招投标以及施工。由于对工程所在地的地质条件没有全面了解，就会导致难以准确地估算工程量[2]。

1.2 技术要求特殊

山地风电场道路工程不仅所处的地形地貌复杂，而且用于运输风电机组设备的车辆普遍超重、超长和超宽，在设计过程中应结合这些特点与实际需求进行设计。以2.0MW机组叶片为例，运输车的车板宽度为3 m，叶片尖部与车头之间的距离不小于50 m，在机舱运输过程中，车辆与运输的货物之间的总重量可达100 t左右。而为了满足运输需求，则应对山地风电场道路工程进行特殊设计。

1.3 对后续工程影响大

在山地风电场建设过程中，道路工程是整个山地风电场建设工程施工的首要环节，只有完成道路工程建设才能保证山地风电场后续其他工程建设的顺利开展，同时道路工程的施工效率与施工质量会对山地风电场后续的建设产生重要影响。这既是道路工程建设重要性的体现，也是山地风电场道路工程的主要特点[3]。

2、山地风电场道路工程问题

2.1 风机设备运输要求高

为风机设备提供运输条件是山地风电场道路工程的主要功能，风机设备的重量与尺寸较大，因此对山地风电场道路也有着较高的要求，相应的设计难度也更高。目前我国山地风电场单机容量常见的包括1.5 MW、2.0 MW以及2.5 MW，其中2.0 MW的使用最为广泛，2.0 MW的风机塔筒的宽度超过4 m（如图1所示），塔筒最下节的重量为80 t左右，风机叶片长度大于40 m，风机机舱重量为80 t左右。由此可见，风电场风机设备比较特殊，普通的运输车辆以及道路无法满足风机设备运输需求，因此风机设备运输对山地风电场道路有着较高的要求，同时也会给山地风电场道路工程设计带来更大的挑战[4]。

2.2 设计影响因素多

相较于平原地区的风电场道路，山地风电场道路工程面临的环境条件更加复杂，因此给设计工作带来更多的挑战。山地风电场道路工程设计面临着更加复杂的地形、地质以及环境，要想满足风机设备运输要求，需要综合考虑多方面的影响因素。以进场道路为例，在设计过程中不仅要确保交通便利，还要综合考虑运输便捷、施工建设方便，同时还要考虑山地风电场投运后的运营维护需求。除此之外，山地风电场道路工程设计过程中还应考虑环保与生态问题，尽量减少对生态造成的破坏以及对环境造成的污染，并且要尽量做到就地取材，以降低山地风电场道路工程建设成本[5]。总之山地风电场道路工程设计会受到多方面因素的影响，相较于普通道路工程，山地风电场道路工程设计的难度更高。

图1 风机塔筒

3、山地风电场道路工程技术指标

3.1 平曲线指标

3.1.1 平曲线最小半径与弯道加宽值

以湘电XE105-2000塔筒运输车辆为例，该车辆的外轮廓最宽可达4.4 m，在山地风电场道路工程设计过程中，路面宽度在不包含路肩的情况下应为5 m(b）。不考虑叶片挑空长度的情况下，特种运输车辆的长度为最长塔筒运输车d取30 m。

计算山地风电场道路加宽值的公式为

式（1）中：e为曲线内侧加宽取值；d为运输车辆控制长度内弯曲时为全部尺寸，外弯时除去挑空长度；Rb为道路路面外边缘半径；Rn为道路路面内边缘半径；b为道路直线段路面设计宽度。

3.1.2 最小半径与平面曲线弯道加宽值

在山地风电场道路设计过程中，最小转弯半径应大于运输车辆车长的50%，最小极限转弯半径应为20 m。由于山地风电场道路路面外侧会设置排水沟或者土路肩，排水沟与土路肩的宽度均为0.5 m，在对山地风电场道路平曲线加宽取值时，应在计算值的基础上减少0.5 m。以XE105-2000kW机型山地风电场运输道路设计为例，设计平曲线加宽值，详见表1。

表1 平曲线加宽值

3.2 山地风电场道路纵断面设计指标

3.2.1 最小坡长与最小竖曲线半径

山地风电场设备运输车辆行进速度普遍较低，通常不会高于每小时15 km，因此在山地风电场道路工程设计过程中，涉及的最小坡长与最小竖曲线半径取值可以直接忽略车速，以确保运输车辆不托底以及运输的设备不碰触地面。相较于普通平板车，特种运输车的车长相对更小，因此在应用特种运输车运输风机设备的情况下，涉及的限制条件相对更加宽松。在设计过程中，结合特种运输车的尺寸，确定最小坡长为60 m。最小竖曲线半径为200 m。

3.2.2 最大纵坡

山地风电场道路工程的主要职责是为风机设备运输服务，而在众多风机设备中，机舱的重量最大，因此在山地风电场道路设计过程中，最大纵坡应满足机舱运输需求，最大纵坡取值不仅要考虑机舱重量，而且还要综合考虑道路阻力以及空气阻力等方面因素。要确保运输车辆的驱动力小于车轮与路面之间的摩擦力，同时大于各种阻力之和，这样才能实现风机设备的安全运输。通常情况下，在山地风电场道路设计中，主干道最大纵坡应采用14%，支路或者特殊路段可以将最大纵坡增大至18%，并借助沥青路面或者混凝土路面来提升轮胎与路面之间的摩擦力[6]。

4、山地风电场道路工程设计

4.1 工程概述

本文以某山风电场道路工程设计为例，某山风电场坐落于湖南省境内，是典型的南方山地风电场。场区规划面积为9.9 km2，所处山地不仅地势高，而且起伏大。某山风电场计划安装一台单机容量为1 500 kW的机组与24台单机容量为2 000 kW的机组，风机轮毂高度为80 m。某山电厂施工周期为12个月，工期比较紧张。结合山地风电场所在地的地形地貌特点，施工单位决定采用特种车运输风机设备，因此在山地风电场道路工程设计过程中结合特种车运输要求制定了相应的山地风电场道路设计方案。

4.2 确定山地风电场道路工程主要设计指标

4.2.1 风机设备参数

某山风电场选用南车WT2000D110H80机组，轮毂高度为80 m。风机设备中宽度最大的为第一节塔筒，长度最长的为风机叶片，重量最重的为机舱。具体参数如表2所示。

4.2.2 道路主要技术指标

结合某山风电场所在地的地形地貌以及风机设备参数，确定山地风电场道路工程主要技术指标。具体如表3所示。

表2 某山风电场风机机组设备主要参数

表3 某山风电场道路主要技术指标

4.3 道路选线设计

4.3.1 路线布设原则

首先，由于运输的风机设备长度较大，在线路布设过程中应确保线路平面转弯半径满足实际运输需求。避免采用连续长距离陡坡形式，以免影响行车的安全性。将纵坡控制在14%以内，针对坡长限制较大的情况，在中间设置相应的缓和坡段，缓和坡段的坡度应控制在5%以内，以此来保障行车安全。其次，线路布设过程中应尽量保持路线平直，以便缩短里程。这不仅有助于降低山地风电场道路工程建设成本，同时还有助于降低后续的运输成本，并且可以减少山地风电场道路工程建设对当地生态环境造成的破坏。最后路线布设过程还应尽量避开不良地质区域，以免影响山地风电场道路工程质量和增加施工难度。

4.3.2 场内道路选线

某山风电场风机分布于山脊或者山顶之上，风机布置范围广，并且比较分散，风机之间的高差较大，因此场内道路路线规划难度大。风电场内部分布着部分森林防火通道与乡村道路，在场内道路选线过程中充分利用场内既有道路，并对其进行截弯取直以及扩宽处理，使其能够满足风机设备运输需求。通过这种方式既能降低山地风电场道路工程的工程量，也能减少对当地生态环境造成的破坏。结合风电场规划方案以及风机设备运输需求，在风电场内部设计3条主干道，其中涉及既有道路改造长度为13.6 km，新建道路长度为25.6 km。

4.4 路基路面工程设计

4.4.1 路基设计

路基开挖坡度为1∶0.5，第二级边坡坡度为1∶0.75，边坡挖方高度为10 m，同时设置2 m宽的马道。路基填方边坡开挖边坡高度应小于设计挖方边坡高度，路基填方第一级边坡采用1∶1.2，第二级采用1∶1.5，主要应用石方回填，同时设置1 m宽的马道。如果以土方回填为主，则路基填方第一级边坡采用1∶1.5，第二级采用1∶1.75。路基设计中除了确定路基开挖坡度与路基填方坡度之外，还要明确路基压实标准以及压实度（如表4所示）。

4.4.2 路面设计

路面由级配碎石基层与泥结碎石面层构成，前者厚度为8 cm，后者厚度为10 cm。针对必经的乡村水泥混凝土路段，尽量减少对原有路面的破坏，设计中只对那些不符合风机设备运输要求的弯道进行了加宽处理，其他部分依然保持原貌。

表4 路基压实标准与压实度

4.5 路基路面排水与防护工程设计

4.5.1 路面路基排水

针对弯道加宽部分，根据2%的横坡排除路面积水，并将积水引向排水沟或者边沟。在排水设计方面，针对挖方路段在填方路基以及路线两侧设置边沟，保障路基排水效果。除此之外还要合理设置截水沟，截水沟应设置在开口线外侧2 m的位置，借助截水沟阻挡坡面水流，并将其引向附近冲沟。设置截水沟能够对开挖坡面起到有效的保护作用，避免其在水流的冲刷作用下被破坏。

4.5.2 路基防护

某山风电场道路工程采用设置挡土墙的方式对路基起到保护作用，并借助挡土墙设计软件设计路肩、路堤挡墙，同时为节约山地风电场道路工程造价，采用M7.5浆砌片石砌筑挡土墙。

5、结语

风能是清洁的可再生资源，在能源短缺以及环境污染日益加剧的背景下，风电场建设越来越受到人们的关注。道路工程是山地风电场建设的重要内容，但受山地地形复杂以及风机设备运输难度大等因素的影响，山地风电场道路工程的质量要求更加严格。只有做好山地风电场道路工程设计，才能保证山地风电场道路工程质量，满足相关风机设备运输需求，助力山地风电场建设。

参考文献:

[1]高睿.浅谈山地风电场进场道路施工的影响因素及控制要点[J].低碳世界,2022,12(5):148-150.

[2]史东瑞.山地风电场道路设计､施工及运行风险要素分析[J].电力勘测设计,2021(11):76-80.

[3]曲思源.某风电场电气系统设计与研究[D].株洲:湖南工业大学,2022.

[4]王月爽.基于改进A*算法的山地风电场道路智能选线方法研究[D].石家庄:石家庄铁道大学,2021.

[5]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].中国电力企业管理,2021(36):82-83.

[6]杨卫刚,马建刚.山地风电场强风化地貌植被恢复技术探讨[J].现代农业研究,2023,29(5):116-118.

文章来源:陈湘蓉.山地风电场道路工程设计问题研究[J].科技资讯,2023,21(22):164-167.