摘要：山地風(fēng)電場平臺設(shè)計(jì)尚未發(fā)布設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊或者相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，平臺設(shè)計(jì)的參數(shù)參照平臺有效面積的經(jīng)驗(yàn)取值。本文通過研究吊裝設(shè)備與平臺的契入度，對平臺尺度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以期降低平臺開挖工程量，減少平臺占地面積，減小對環(huán)境的擾動(dòng)，節(jié)省工程投資。

山地風(fēng)電場平臺設(shè)計(jì)考慮的因素主要有地形、吊裝設(shè)備、風(fēng)電機(jī)組設(shè)備的尺寸、葉輪組裝空間等。因地形的原因，風(fēng)機(jī)平臺異于平原項(xiàng)目，每個(gè)風(fēng)機(jī)平臺的大小不一，但平臺有效面積（不包含風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)）經(jīng)驗(yàn)取值為2MW（35*35m）、2.5MW（50*40m）、3.0MW（55*45m）。山地風(fēng)電場平臺通常采用差異化設(shè)計(jì)思路，確保有效面積在平臺實(shí)際的設(shè)計(jì)范圍以內(nèi)。設(shè)計(jì)成果與設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)有很大的關(guān)系，目前還未有一個(gè)指導(dǎo)山地風(fēng)電場平臺設(shè)計(jì)的手冊或者標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布。

隨著風(fēng)電場電價(jià)補(bǔ)貼逐步退坡，十四五將面臨全面平價(jià)。同時(shí)，伴隨著風(fēng)電可能參與市場化競爭交易。為保證項(xiàng)目合理的收益，優(yōu)化各單元工程降低工程投資尤為重要。另外，環(huán)保要求及資源節(jié)約的道德約束，造成林業(yè)、環(huán)保、水利、國土相關(guān)主管部門對風(fēng)電場占地有了更高更嚴(yán)苛的標(biāo)準(zhǔn)。

本文結(jié)合時(shí)下投入建設(shè)廣泛的單機(jī)2.5MW、3.0MW直驅(qū)機(jī)組吊裝設(shè)備與平臺契入度對山地風(fēng)電場平臺優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行可行性和經(jīng)濟(jì)性論述，引入不同機(jī)型最優(yōu)契入度思考，供后續(xù)項(xiàng)目建設(shè)策劃、決策使用，供業(yè)內(nèi)同行討論。

 

1.大容量機(jī)組對吊裝平臺需求

隨著風(fēng)電行業(yè)不斷發(fā)展，風(fēng)力資源的開發(fā)利用已經(jīng)趨步成熟，低風(fēng)速、高塔架、大葉片機(jī)組陸續(xù)投入建設(shè)，隨機(jī)組單機(jī)容量增大，塔架、葉片安裝對機(jī)組吊裝平臺面積需求隨之變大，結(jié)合南方某省山地風(fēng)電場工程建設(shè)案例，2.5MW機(jī)組輪轂高度90m,葉片長度68.60m,吊裝平臺使用面積約1904～2524㎡；3.0MW機(jī)組輪轂高度90m,葉片長度68.65m,吊裝平臺使用面積約2080～2682㎡。

 

2.吊裝機(jī)械布置論述

2.1吊裝機(jī)械常規(guī)布置

對山地風(fēng)電場來說，2.5MW及以上機(jī)型主吊選擇一般為600T及以上履帶吊或800T以上汽車吊，受場內(nèi)道路路況限制，一般選用600T及以上履帶吊較為常見；配置3臺輔吊（80T或100T）輔助開展吊裝，主要用于卸貨及配合進(jìn)行設(shè)備抬吊、溜尾等。因常規(guī)設(shè)計(jì)平臺面積較大，主吊一般沿平臺中軸線左側(cè)或右側(cè)布置，輔吊根據(jù)主吊站位情況按組裝時(shí)葉片擴(kuò)展方向進(jìn)行布置，常規(guī)吊裝時(shí)機(jī)械布置如下：

 

2.2吊裝設(shè)備優(yōu)化布置

（1）2.5MW、3.0MW機(jī)組優(yōu)化布置

通過現(xiàn)場連續(xù)觀測南方山地某項(xiàng)目主吊起吊情況來看，主吊沿風(fēng)機(jī)平臺縱軸線開展吊裝作業(yè)時(shí)設(shè)備布置為最優(yōu)，主吊起吊時(shí)臂桿仰角按規(guī)程取值為78°，根據(jù)機(jī)組設(shè)備尺寸通過三角函數(shù)計(jì)算得出起吊塔筒、機(jī)艙、發(fā)電機(jī)、葉輪時(shí)從基礎(chǔ)中心到主吊尾部距離分別為28m、28m、33m、35m，對比可看出，起吊葉輪時(shí)基礎(chǔ)中心到主吊尾部最大距離為35m;基礎(chǔ)半徑取值為10m,考慮靠近下邊坡臨邊、臨崖布機(jī)時(shí)基礎(chǔ)臨邊受力情況影響，基礎(chǔ)邊緣至臨邊側(cè)取抗滑移安全距離為4m,計(jì)算得出平臺中心縱軸線有效利用距離為49m。

組裝葉輪時(shí)輪轂位置可于平臺縱軸線的左側(cè)或右側(cè)布置，但始終有一只葉片沿橫軸線方向向外擴(kuò)展，此時(shí)需考慮輔吊到葉片支架吊點(diǎn)進(jìn)行葉片固定的距離。當(dāng)葉片沿垂直平臺縱軸線向左擴(kuò)展時(shí)，輪轂位置應(yīng)靠右布置，反之則向左布置時(shí)方案為最優(yōu)，此條件下葉片根部可向垂直縱軸線支架吊點(diǎn)的反方向延伸3～5m,不同長度葉片根部到葉片支架吊點(diǎn)的距離不相同，葉片支架吊點(diǎn)與葉片配重相關(guān)，本項(xiàng)目葉片根部到支架吊點(diǎn)距離為43m,80T汽車吊沿葉片伸展方向布置固定葉片時(shí)工作幅度（已考慮安全系數(shù)）取值為23m，由此推算半幅平臺橫軸線距離為17m,即橫軸線上全幅平臺最大利用長度為34m,計(jì)算出2.5MW、3.0MW機(jī)型吊裝設(shè)備與平臺的最優(yōu)契入度時(shí)風(fēng)機(jī)吊裝平臺有效利用面積約1666㎡，此種設(shè)備布置在已建項(xiàng)目吊裝作業(yè)時(shí)得以實(shí)踐，符合吊裝作業(yè)規(guī)程、規(guī)范要求,吊裝設(shè)備與平臺最優(yōu)契入度布置圖如下：

（2）不同型號機(jī)組最優(yōu)契入度的思考

結(jié)合以上論述，吊車的最佳位置應(yīng)布置在平臺縱軸線上，吊裝設(shè)備與平臺最優(yōu)契入度主要與風(fēng)機(jī)設(shè)備部件尺寸與重量、吊裝設(shè)備性能參數(shù)、基礎(chǔ)半徑、臨邊安全距離等因素有關(guān)，將各影響因素參數(shù)化建立數(shù)學(xué)模型，過程如下

：根據(jù)輪轂高度計(jì)算得出起重高度為：

H≧h1+h2+h3+h4（1-1）

計(jì)算起吊葉輪時(shí)基礎(chǔ)環(huán)中心至主吊尾端距離為：

L=(H/tan78°)+BJ +BF+By/2+DL/2（1-2）

計(jì)算風(fēng)機(jī)平臺縱軸線方向最大利用距離為：

DYMAX=L+R+Dk（1-3）

計(jì)算風(fēng)機(jī)機(jī)平臺橫軸線方向最大利用距離為：

DXMAX=（Ly-r-Lz ）×2（1-4）

根據(jù)1-3 、1-4計(jì)算平臺有效利用面積為:

S= DXMAX× DYMAX（1-5）

H：起重高度；

h1: 塔筒高度；

h2：安裝間隙，視具體情況而定，一般取0.2-0.5m；

h3：綁扎點(diǎn)至構(gòu)件吊起后底面高度；

h4：吊索高度，自綁扎點(diǎn)至吊鉤面的距離，視實(shí)際情況而定，風(fēng)電一般取值2～5m；

BJ：機(jī)艙前端到重心點(diǎn)寬度；

BF：發(fā)電機(jī)寬度；

By：葉輪寬度；

DL：主吊前履帶到尾端距離；

Dk：基坑離臨崖/臨邊安全距離；

R： 基礎(chǔ)半徑；

L： 起吊葉輪時(shí)基礎(chǔ)環(huán)中心至尾端距離；

DYMAX：風(fēng)機(jī)平臺縱軸線方向最大距離；

DxMAX：風(fēng)機(jī)平臺橫軸線方向最大距離；

Ly：葉根到葉片支架吊點(diǎn)的長度；

Lz：葉根從垂直縱軸線支架吊點(diǎn)的反方向延伸距離；

r：輔吊工作半徑；

S:平臺有效利用面積。

 

3.案例分析

隨著風(fēng)電機(jī)組技術(shù)水平不斷進(jìn)步，大容量機(jī)組是必然趨勢，面對平價(jià)上網(wǎng)，大容量機(jī)組搭配大基地項(xiàng)目將成為開發(fā)主流模式。山地風(fēng)電場單機(jī)3.0MW已成主流，4.0MW以上已有個(gè)別案例，不久的將來4.0MW廣泛使用。以某主機(jī)廠4MW-165m-100m的風(fēng)機(jī)（推薦面積60m×60m）為例，計(jì)算特定吊裝設(shè)備下所需平臺有效面積如下：

（1）風(fēng)機(jī)平臺縱軸線方向

根據(jù)吊裝高度：

H≧h1+h2+h3+h4 ≧100+0.2+3+7.3=110.5m

計(jì)算風(fēng)機(jī)平臺縱軸線方向最大利用距離為：

L=(H/tan78°)+BJ+BF+By/2+DL/2 =23.5+2+3.2+2.3+8.9=39.9≈40m

基礎(chǔ)半徑R取值為11m,基礎(chǔ)臨邊安全距離Dk取值為4m，計(jì)算風(fēng)機(jī)平臺縱軸線方向最大利用距離為：DYMAX=L+R+Dk =40+11+4=54m

（2）風(fēng)機(jī)平臺橫軸線方向

葉片根部到支架吊點(diǎn)距離為51m,此時(shí)可擇優(yōu)選用100T汽車吊輔助沿軸線擴(kuò)展葉片的吊裝，輔吊沿葉片伸展方向布置固定葉片時(shí)的工作幅度（已考慮安全系數(shù)）取值為28m，計(jì)算得出：

DXMAX=(Ly-r-Lz)*2 =(53-3-28)*2=44m

由（1）（2）綜合得出平臺有效面積為：

S= DXMAX × DYMAX =54*44=2376㎡

 

4.在吊裝設(shè)備與平臺最優(yōu)契入度下控制平臺有效面積的優(yōu)化設(shè)計(jì)思考

對山地風(fēng)電場來說，風(fēng)機(jī)機(jī)位布置大多布機(jī)于山峰、山脊位置，設(shè)備安裝對吊裝平臺的需求勢必進(jìn)行風(fēng)機(jī)平臺降高程開挖使其滿足機(jī)械吊裝作業(yè)面需求，單薄山脊機(jī)位更明顯，土石方開挖隨之大幅上升，控制風(fēng)機(jī)吊裝平臺有效利用面積，可有效減少土石方開挖量。

結(jié)合風(fēng)電場地質(zhì)勘查報(bào)告，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)區(qū)地層多為第四坡殘層黏性土及花崗巖。第四系覆蓋層性質(zhì)較差，但厚度較薄，一般在3m以內(nèi)，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)埋深位于該層之下，地基巖土性質(zhì)自原始高程3米下伏可達(dá)到持力層。即在平臺有效面積滿足吊裝需求的情況下，平臺高程控制在原始高程3m下伏滿足機(jī)位布機(jī)條件，結(jié)合現(xiàn)場挖方情況，地質(zhì)勘查報(bào)告中持力層與開挖后巖土性質(zhì)基本一致，在吊裝設(shè)備與平臺最優(yōu)契入度下，吊裝作業(yè)對平臺的有效面積的需求量降幅明顯。一般來說，只要不存在特殊地質(zhì)，山地風(fēng)電可布機(jī)的山脊原始高程小方量開挖后就可滿足機(jī)組吊裝有效面積需求，從而降低土石方開挖工程量和用地使用面積以及植被恢復(fù)措施等工程費(fèi)用。

 

5.平臺優(yōu)化后經(jīng)濟(jì)性比較

結(jié)合地勘報(bào)告論述，合理優(yōu)化后林地、植被恢復(fù)措施、土石方開挖等工程量大幅減少，以某項(xiàng)目二期為例，充分利用平臺有效面積最少可節(jié)約費(fèi)用約405萬元，詳見附表-1：

表-1吊裝平臺合理優(yōu)化后經(jīng)濟(jì)性比較

 

6.結(jié)語

提高機(jī)組吊裝設(shè)備與平臺契入度對山地風(fēng)電場平臺優(yōu)化可有效節(jié)省土地資源，減少對林木砍伐，降低工程造價(jià)，同時(shí)可以盡量減少平臺標(biāo)高的損失，有效利用風(fēng)能資源，對工程建設(shè)進(jìn)度有良好促進(jìn)作用。但作為工程建設(shè)者需謹(jǐn)慎求證，不同風(fēng)電場在項(xiàng)目前期應(yīng)做好道路路徑與主吊組臂合理規(guī)劃，對布機(jī)范圍加密勘察點(diǎn)位進(jìn)行巖土分析，細(xì)化、量化每一臺風(fēng)機(jī)布機(jī)因素，逐一制定有效解決措施，確保項(xiàng)目有效切入，力爭做到最優(yōu)結(jié)合點(diǎn)。