临近水域陆上风电大件运输现状问题及对策探讨

万 军

(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.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

近年来,随着国家能源结构的调整以及“3060”“双碳”战略的提出,以风力发电为代表的新能源迎来了蓬勃发展。 关于陆上风电大件运输相关的研究亦层出不穷,诸如:文献[1]从路线选择方法的角度对陆上风电大件设备运输进行了相关研究;文献[2]从运输路线规划及优化的角度开展了相关研究工作;文献[3]开展了基于BIM 的风电大件运输路径规划的相关研究;文献[4]从大件设备运输可行性评价的角度开展了一定的研究工作;文献[5]则重点研究了陆上风电穿越城市区域大件运输路线的相关问题;文献[6]研究了陆上风电大件设备采用水路运输时,港口选址的相关问题;文献[7-8]从大件设备运输风险的角度,进行了系统研究,并提出相应的对策和预防措施;文献[9]从运输方案设计的角度对陆上风电场大件运输展开了探讨。 通过查阅上述相关文献,了解到目前相关研究主要集中在一般传统的山地或非临近水域陆上风电场领域,尚缺乏陆上风电场领域中重要分支——临近水域陆上风电场大件设备运输方面的相关研究,这也是本文研究的重点所在。

由于近年来风力发电技术的不断进步,使得捕捉风能资源的水平不断提高,各种“低风速、大桨叶”风电机型陆续投入使用,陆上风电的场址也逐渐从高山发展到了临近江、河等水域的平原地区,一些临近水域的陆上分散式风电项目在整个陆上风电建设领域中占比不断提高。 因此,在充分考虑临近水域陆上风电特点的背景下,积极开展与临近水域陆上风电自身特点相适应的大件运输方面的相关研究有着重要的现实意义。

1 概念及特点

临近水域陆上风电一般指靠近江、河等水系,实际工程中多以临近江、河等水系的分散式风电项目为主,这类型风电场的主要特点是一般位于平原开阔地带,周围水域较多,场址陆地往往被切割成若干独立区块,风电场风机布置较为分散。 本文所指的临近水域陆上风电场如图1 所示。

图1 临近水域陆上风电场

2 问题分析

随着上述临近水域陆上风电场近年来的不断涌现,其风电设备大件运输问题也成了业内新的研究课题。 传统陆上风电场的大件运输,一般是通过借用现有道路和新建道路来实现,基本方式是从风机设备厂通过高速、国道、省道、县道、风电场周围区域内现有可借用道路以及新修道路运输来完成。 其中,除了新修道路外,前述其他运输途经的借用道路一般都存在需要改造且满足风电大件设备运输要求后方可投入使用等二次改造修建的问题。

对于传统的山区风电场而言,其运输方式比较单一,基本遵循陆路运输一种方式,但对于临近水域陆上风电场而言,随着其地形条件、周边环境的变化,其运输方式就会有多种选择,即:全程陆路运输、全程水路运输以及水陆混合方式运输,然而这些可选的现状运输方式都不同程度地存在着问题与不足。

2.1 全程陆路运输方式

对于临近水域陆上风电场而言,当采用全程陆路运输方式时,则往往存在运输路线长、改造工程量大、运输成本高等一系列问题。 具体原因有以下两点:

(1)风机机位分散,被水系隔离,需绕行较远距离才能到达各风机机位,运输路程长。 由于临近水域陆上风电场周围遍布水系,整个风电场往往被水系切割成多个不同区域,各区域被自然水系天然隔离,道路一般无法直线距离直接运输,因而采用全程陆路运输往往需要绕行较远的距离才能到达被地形切割后的各区域相应的每台风机机位处。

(2)改造点多、工作量大,运输成本高。 由于临近水域陆上风电场一般位于地形较好的平原地区,这些地区一般也是工商业、民用住宅集聚区,电线电缆、交通标志、道路行道树等与工业生产、居民生活息息相关的基础设施及“障碍物”较多,陆路大件运输途经的借用道路需改造的点也随之增多。 随着绕行道路距离的增长,叠加改造点数量的剧增,临近水域陆上风电场采用全程陆路运输方式的弊端显而易见。

2.2 全程水路运输方式

由于临近水域陆上风电场周围均有现成水路,采用水路运输,的确可谓因地制宜,本应是临近水域陆上风电大件运输的首选,但结合多年参与临近水域陆上风电场项目的相关工程实践表明,全程水路运输方式实际运行中亦存在诸多问题,具体如下。

(1)桥梁下方空间受限,存在通航问题。 一般而言,水系分为干流与支流,干流水系一般为大江或大河,大江或大河上往往设有大型桥梁,干流上的大型桥梁下方一般均可通行大型货船,但遇到支流时,由于支流上一般设置的是小型桥梁,桥梁跨度小,桥下通行空间有限,因而导致支流桥梁下方只能通行小型船只,甚至无法通行船只,但往往临近水域陆上风电场的风机机位主要散布在各个支流的延伸段。 因此,仅通过全程水路运输,临近水域陆上风电大件设备的末端水路支流运输往往存在一定的问题。

(2)支流狭窄,无法通航。 有些支流的水系狭窄,根本无法通行运输船只。

(3)无码头可用,停靠卸载风电大件设备存在问题。 即使所有干流、支流水路运输均不存在桥下空间受限问题,均可畅通无阻,但船只靠岸、卸载风电大件设备则必须停靠码头,然而临近水域陆上风电场场址往往离常规集中码头较远,附近没有现成的码头可利用,因此,便造成了现实中即使能运输却不能卸货的尴尬情形。

2.3 水陆混合运输方式

水陆混合运输,工程实践中的一般实现方式为先期利用水系干流将风电大件设备运至临近水域陆上风电场附近,后期利用附近可借用现有道路或新修道路将风电大件设备运至各个风机机位处。 该方式的优点是:最大化地利用了陆路和水路二者的优势,缩短了运输路程、压缩了运输时间、节省了运输成本。但同时该方式也存在一定的制约和不足,具体如下:

(1)无码头可用。 该方式依然存在临近水域陆上风电场附近无现成码头可利用的情况,依然存在即使能运至临近水域陆上风电场区域内最近的干流某处,但无法卸载风电大件设备的尴尬情形。

(2)现有码头距离较远,陆路运输距离长,水路混合运输效果大打折扣。 若不采用上述将风电大件设备运抵临近水域陆上风电场场区内最近干流某处的方式,而是采用先利用离临近水域陆上风电场距离较远的现成码头设施卸载风电大件设备,再使用陆路运输,将风电大件设备运至各风机机位处,从而完成整个大件运输过程的方式。 但这种方式在具体实践过程中,往往会因现有可利用码头距离风电场场区较远,后半程的陆路运输距离普遍较长,最终导致整个运输过程中陆路运输弊端凸显,使得整个水路混合运输方式效果大打折扣。

3 对策方案探讨

通过对上述不同运输方式的分析和研究,不难发现上述不同运输方式中水陆混合运输方式相对较优,但水陆混合运输依然存在一定的制约和不足之处,为了解决上述水陆混合运输方式存在的制约问题,通过仔细梳理,查找问题的关键点,发现要解决的关键问题是码头问题。 如何以码头为切入点,破解水陆混合运输方式的痛点和难点,从而充分发挥水陆混合运输模式的优越性,是本文研究和探讨的关键所在。 结合工程实践分析及研究,针对核心问题——码头问题,提出以下解决方案,具体如下。

3.1 方案一:浮船码头

本文提出的解决方案一是浮船码头方案。 该方案的具体实施方法是:采用浮船、钢板、索链以及固定铺面钢板装置等组件搭建临时浮船码头,浮船码头整体呈“L”形,风电大件设备运输船沿“L”形长边停靠。该浮船码头大小可实现随风电大件设备运输船只体型大小而组合变化,以适应风电大件设备运输装卸需要,且可随搭随用,多次循环利用。 具体浮船码头平面如图2 所示。

图2 浮船码头

其中整个浮船码头主体结构由一般小型浮船、满足风电大件设备装卸强度要求的浮船铺面钢板组成,浮船与浮船之间由索链连接,浮船与浮船铺面钢板之间通过固定铺面钢板装置加以固定,从而形成一个牢固平稳的整体码头平台,其各部件组成如图3 所示,浮船、铺面钢板、索链以及固定铺面钢板装置共同构成一个基本组合单元,基本组合单元如图4 所示,各基本组合单元之间通过索链进一步链接,最终形成一个整体。

图3 浮船码头各组件

图4 浮船、铺面钢板、索链及固定铺面钢板装置构成的基本组合单元

整个浮船码头由若干个基本组合单元链接成“L”形,形成一个稳固的码头平台,可根据风电场大件设备运输实际需要,灵活搭建浮动码头平台,风电设备大件运输装卸可不再受制于区域内有无码头基础设施,极大地提高了运输的灵活性和便捷性,同时由于浮船码头各组成部件均可多次循环利用,且各组成部件成本均不高,使得整个浮船码头还兼具成本低的特点。 综上所述,浮船码头方案有使用灵活且便捷、可循环、成本低等一系列优点。

3.2 方案二:简易式拼装码头

本文的解决方案二是建议采用文献[10]提出的“一种用于临近水域陆上风电装卸的简易式拼装码头”,该方案通过设置一种简易式“T”字形可折叠式拼装码头,从而巧妙地化解了目前由于受码头条件限制,临近水域陆上风电场不能实现船只靠岸、卸载风电大件设备,从而无法有效利用水运资源的问题。 具体如图5 所示。

图5 “T”字形简易拼装码头[10]

该方案通过采用一种折叠式综合框架结构,并配合拼装式铺面结构面层,最终形成“T”字形简易式拼装码头,该方案的拼装码头主体结构可折叠,码头使用结束,可折叠收纳,占用空间小,使用灵活,可根据风电场大件运输实际需要而搭设。 其优点是:(1)整个码头主体结构可折叠,空间形态变化灵活,占用空间小;(2)拼装简单,主体结构展开、固定即可成型,铺设且固定结构面层,即可使用;(3)可循环利用,综合成本低。

4 结语

本文结合临近水域陆上风电的具体特点,从大件设备不同运输方式的角度,全面分析了各种运输方式存在的问题和不足。 针对各种运输方式中相对较优的水陆混合运输方式存在的痛点,本文给出了相应的解决思路,提出了采用浮船、钢板、索链及固定铺面钢板装置等组件搭建浮船码头以及通过现场组装一种简易式“T”字形可折叠式拼装码头两种具体对策方案[10]。 两种方案均具有使用灵活、便捷、可循环以及综合成本低等一系列优点,可较好地解决临近水域陆上风电场大件设备运输装卸的关键痛点——码头问题,具有较强的推广和应用价值。 希望本文能给广大临近水域陆上风电相关从业人员带来启发和思考,为行业的发展和进步作出一点贡献。