王勇 田华
四川电力设计咨询有限责任公司 四川成都 610000
摘 要：山区风电场风叶运输属于超长件运输，对道路参数尤其是转弯半径和路面加宽值要求较高。本文通过对国内外主流风电整机制造商风叶长度进度统计分析，得出陆地风电场2MW—5MW机型风叶长度区间。将山区风电场风叶运输分为前段运输和后段运输，前后段运输采用不同运输车型。建立风叶运输道路转弯半径及加宽值计算模型，采用各等级道路规范允许的极限设计值，选定代表车辆参数和风叶长度，针对前后段运输计算各级道路在极限设计参数下所需的不设加宽值的最小转弯半径和极限设计参数下的路面加宽值，为山区风电场风叶运输道路设计或改造提供数据支持。
关键词：山区风电场 风叶运输 道路 转弯半径 加宽值
1 概述
近年来，山区风电场建设大规模开展，其道路运输条件比其他陆地风电场明显偏差，且建设成本显著增加。山区风电场一般场址偏远，风机分散，地形条件差，且绝大部分机位需新建道路连通。一方面，在风电场选址阶段对外部道路运输条件往往缺乏充分考察。另一方面，为缩短建设工期，场内新建道路往往在风机设备采购前设计并施工，导致风机采购后存在实际风机参数超出设计输入的情况，这为后期风机设备顺利运输留下一定隐患。因此在风机设备起运前，运输公司须对运输线路进行详细勘察，以确定运输路径、选用车型和道路改造措施。
本文从风叶长度统计分析出发，将山区风电场风叶运输分段，建立风叶运输道路转弯半径及加宽值计算模型，计算各段在各级道路极限设计参数下所需的不设加宽值的最小转弯半径和极限设计参数下的路面加宽值，为山区风电场风叶运输和道路设计或改造提供数据支持。
2 风叶运输方案
2.1 风叶长度
从近5年山区风电场装机来看，单机容量从1.5MW逐渐发展到5.0MW，且仍有继续增大的趋势。不难理解，在总装机一定的情况下，单机容量越大，装机数越少，征租地、新建道路、集电线路建设成本相应下降。鉴于目前主流单机容量均在2MW及以上，本文以单机容量2MW至5MW以内适用于陆地风电场的机型风叶作为研究对象。
据统计，金风科技、远景能源、明阳智能、运达电气、上海电气等五家风电整机制造商2019年中国市场份额占比超过75%[1]。同时在中国以外市场上，维斯塔斯（VESTAS）、歌美飒（GEMESA）、通用电气（GE）仍为头部企业[2]。本文对上述8家制造商单机容量2MW至5MW以内陆地风机风叶长度进行统计分析，结果如图1所示。可看出主流风叶长度主要集中在55m至80m。
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2.2 运输车辆
目前风叶运输半挂车主要分为传统抽拉式和举升式两类。
传统抽拉式风叶运输车分普通抽拉式风叶运输车和轴线风叶运输半挂车。普通抽拉式风叶运输车类似低平板运输车，不过其大梁采用扣盒式设计，大梁通过抽拉来调节车辆长度，以适应不同长度的风叶运输，目前国内的抽拉式风叶运输半挂车最长可达50米。轴线风叶运输半挂车与普通抽拉式风叶运输车最大的不同在于底盘采用了液压轴线设计，使风叶车的货台面更低，转向更为灵活。传统风叶运输车型中，主要是以水平放置运输为主，在根部和约总长2/3处加上两个固定支撑，叶片水平放置于半挂车车体上运输。传统抽拉式风叶运输车的优点是结构简单，一次可运输一至三片风叶，缺点是对道路线性参数要求高。
举升式风叶运输车是指装有液压举升装置的风叶运输车，主要针对风叶在山区运输的难题，在道路顺直的时候，风叶平躺运输。遇到山区转弯半径极小的时候，通过举升装置旋转风叶，缩短整车长度来绕过障碍物并通过弯道。
2.3 风叶运输方案
随着单机容量的增大，风叶长度增长趋势明显，这对运输车辆也提出来更高的要求。针对山区风电场，尤其是道路条件较差的机位，采用传统抽拉式风叶运输车辆直接运抵机位将会导致道路改造或建设成本急剧增加。比较好的方式是将风叶运输分为两段式接驳运输，在风电场建设场地附近适当的地方设置堆场，作为接驳运输的中转站。从风叶工厂至中转站的运输采用传统抽拉式风叶运输车运输，这段简称前段运输。从中转站至机位采用举升式风叶运输车运输，这段简称后段运输。
前段运输主要以高速公路、四级以上公路为主，道路运输条件较好。所以采用运输车辆为传统抽拉式风叶运输车。这种运输车车身较长，单车能装载一至三片风叶，运输经济性较好。针对该段的运输，主要以勘察道路，调整车型适应道路，较少对道路改造。
后段运输主要以四级公路、村道、场内新建道路为主，道路条件相对较差。该段采用举升式风叶运输半挂车运输，道路极度困难地段，必要时核算道路参数并对道路适当改造，配合举升叶片，缩短车身来通过。
3 道路平曲线参数分析
风叶运输属于超长件运输。主要对道路平曲线即转弯半径及路面加宽值提出较高要求，如表1某型风机各主要部件尺寸参数所示[3]，道路纵坡坡度、长度及竖曲线半径、路面宽度及限高等参数主要受机舱、塔筒运输控制。故本文针对风叶运输的道路转弯半径及路面加宽值进行探讨。
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3.1 道路转弯半径及路面加宽值计算模型
由于风叶长度大，部分伸出运输车辆外，尤其是在前段运输时。为避免运输过程中道路两侧山体或其他障碍物与风叶擦挂而破坏设备，应对车辆过弯时扫尾面积内的通过性进行考虑。基于该点，风叶运输道路转弯示意如图2所示。
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当弯道为外弯、填方型，或者弯道为挖方型，但半挂车后轴至风叶尾尖的长度小于后轴至半挂车前沿长度时，此时半挂车前沿为过弯控制点，不需考虑风叶扫尾。道路转弯半径与路面加宽值数学模型如公式1所示。
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式中，为道路设计中线半径；为道路设计宽度；为路面加宽值；为半挂车宽度；为半挂车前沿至后轴长度；为半挂车后轴至风叶尾尖的长度。
3.2 前段运输半径及路面加宽值计算
前段运输采用传统抽拉式风叶运输车，道路以高速公路、一二三级公路及少量四级公路为主。各道路基本按照国家相关规范进行设计，局部困难地段可能会采用规范允许的极限设计值。依据公路路线设计规范[4]，各级道路极限设计参数如表2。本文取风叶长度80m，车辆参数设置参考国内抽拉式运输车型后取=35m，=3m，=45m。
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注：表中各级道路极限宽度是根据设计规范，对设计速度、可以用车道数、单车道宽度、路肩宽度均取极限值后得到的道路极限宽度，目的是反映风叶运输时可能遇到的极限道路条件。
（1）当平面弯道为外弯或填方型时，根据公式1，计算得到各级道路在极限设计参数下不设加宽值的最小转弯半径和极限设计参数下的路面加宽值。
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（2）当平面弯道为挖方型，且后轴至风叶尾尖的长度大于后轴至半挂车前沿时，根据公式2，计算得到各级道路在极限设计参数下不设加宽值的最小转弯半径和极限设计参数下的路面加宽值。
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3.2 后段运输半径及路面加宽值计算
后段运输采用举升式风叶运输车，道路以四级公路、村道、场内新建道路为主，道路条件相对较差。在通过极限弯道时，车辆举起风叶，挂车前沿为过弯控制点。此处仍取风叶长度80m，车辆参数设置参考国内举升式运输车型后取=25m；=3m。
（1）根据公式1计算得到已建各级道路在极限设计参数下不设加宽值的最小转弯半径和极限设计参数下的路面加宽值。
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4 结论
（1）目前陆地风电场单机容量2MW—5MW风机风叶长度从40m—85m不等，且主要集中在55m至80m。
（2）通过表3、表4可看出，采用传统抽拉式风叶运输车，一旦遇到已建道路采用规范允许的极限参数进行设计和建造时，高速、一级及二级道路通过性仍较好；三级、四级公路通过性较差，无论是扩大转弯半径还是增加路面宽度都有很大的改造工作量。
（3）通过表5可看出，采用举升式风叶运输半挂车，对道路条件要求降低。一旦遇到已建道路采用规范允许的极限参数进行设计和建造时，三级、四级公路具备较好的改造经济性。表6为场内新建道路道路路面加宽值提供设计参考值。
（4）山区风电场风叶运输时，若新建运输道路条件较差，最优运输方案为接驳式运输。采用设置中转站，传统抽拉式风叶运输车与举升式风叶运输车组合的运输方式，可有效降低风电场道路建设成本。
参考文献
[1]彭博新能源财经.2019年全球风电整机制造商市场份额排名[R].2020.
[2]姜博方.2019、2020全国风电分析报告[R].原子咨询.2020.
[3]姚昕亮.风电场道路设计研究[D].杭州：浙江大学，2013.
[4]JTG_D20-2017公路路线设计规范[S].北京：中华人民共和国交通运输部，2017.