山區風電發電場道路的多元決策設計

摘 要：針對廣西東蘭縣風電發電場項目的實際問題，構建了一種基于多元決策模型的道路設計方案選擇方法。多元決策模型根據項目技術指標，分別構建指標矩陣、方案矩陣、權重矩陣、判斷矩陣，從而形成不同方案的量化對比，輔助設計人員進行合理的方案選擇。兩組設計方案的對比結果顯示，在不同的風電設備塔筒長度、相同的轉彎半徑條件下，采用特殊車輛運輸的方案所需道路寬度更窄，有助于節省道路施工的成本。

關鍵詞：風電發電場；道路設計；多元決策模型

中圖分類號：TM 74" 文獻標志碼：A

目前，廣西壯族自治區的經濟發展逐步駛入快車道，因此省域范圍內的能源總量需求不斷增加。但是，從天然能源的儲備情況來看，廣西壯族自治區是一個能源比較稀缺的地區，煤炭、石油、天然氣的儲量都比較低[1]。在這種情況下，要保證省域內的能源供給，就必須充分依托廣西境內的自然條件和氣候條件，對自然能到電能進行轉換，從而保證廣西地區的能源供給，在廣西電源結構中增加風電等清潔能源的比重刻不容緩[2]。隨著廣西東蘭縣地方經濟的高速發展，對電力的需求越來越大，根據電力電量平衡結果，考慮本文中風電場也參與電力電量平衡，2022—2025年東蘭縣電網最大缺電力約76MW～91MW，缺電量約235GWh～311GWh。從東蘭縣實際能源條件來看，建設風力發電場充分利用風力輸出電能，是緩解能源緊缺的最有效性途徑。但東蘭縣地處山區，地形結構特征起伏多變且植被茂密叢雜，又沒有已經建成的山區公路交通網絡，給風力發電設備尤其是大型設備的運輸造成了較為嚴重的困難[3]。在這種情況下，如何根據風力發電設備的運輸進行道路設計，成為影響東蘭縣電能供給的核心問題。本文結合實際項目需求，綜合考慮多種因素，在多元決策模型下進行山區風電發電場道路設計。

1 山區風電發電場道路建設技術指標分析

本項目擬布置19臺單機容量5000kW的SI-19350風力發電機組（葉輪直徑為193m，輪轂高度為110m），其中兩臺限發3500kW，總裝機容量92MW的東蘭弄好嶺風電場位于東蘭縣東部，距場址有國道G78、汕昆高速公路，場址南部有鄉道橫穿。場址主要涉及花香鄉、隘洞鎮、長樂鎮3個鄉鎮，主要考慮利用周邊一帶的山脊和山包區域，并充分考慮這些復雜地形區域的實際情況，才能為電場道路設計提供最可靠的依據。

東蘭縣境內以丘陵地形為主，境內侵蝕低山、溶蝕谷、溶蝕洼地相間，構成了東北部侵蝕低山，中山地區，中南部溶蝕谷地區，西南峰叢洼地區。地貌按其基本形態和成因大致分為構造剝蝕中低山陡坡、巖溶化中低山、巖溶山溝谷型、峰叢谷地型巖溶地貌5種類型。風電場場址區地形地貌主要是低山地貌，以構造作用為主，受長期強烈的剝蝕切割作用，總體呈現山脊、溝谷、山脊狀相間分布。山體高聳雄厚，連綿起伏，高差較大。場址主要由一條近似呈南北走向的主山脊及支脈構成。溝谷發育，深切山體，溝尾延伸至山脊，溝谷走向以西東為主，與山脊走向大致垂直，少量溝谷常年有水。風電場各風機位均位于山頂，高程通常為800m～1115m，溝谷高程通常為600m～1000m，峰谷間相對高差為200m～400m，局部高差＞400m。山坡自然坡度15°～35°，局部為40°～50°。本項目風電發電場建設位置的高程圖，如圖1所示。

本風電場為地勢起伏較大的山地丘陵地區，施工道路路線布設受到風機位置和地形的限制，難以滿足道路縱坡≤15%的要求，條件允許時應盡量采用較高的平曲線指標。本項目根據地形地物、工程地質、水文地質以及橋涵構造物等要求進行縱斷面設計。進場道路利用已有的村村通道路，部分道路寬＜5m，難以滿足風機大件運輸要求，需要繼續改擴建，進場道路改擴建2km，場內改擴建路段長約12km。連接各風機位點的道路為新建道路，道路采用路面寬5m兩側各0.5m路肩，泥結石路面，場內新建道路長度約29km。路線主要技術指標標準見表1。

2 發電場道路設計的多元決策模型

為合理設計風電發電場道路，需要綜合考慮表1中的多個技術指標，每個指標都對應了要道路建設總目標下的一個具體的特征。多元決策的建模思想在風電發電場道路設計的全部技術指標和特征都形成對應后，可以去除無效信息、保留有效信息，以此確定方案。

按照多元決策建模的框架思路，需要構造技術指標集合，如公式（1）所示。

E={e1，e2，…e|E|} " " " " " " " " " " " " " " " （1）

式中：E為風電發電場道路設計方案的指標集合；e1為風電發電場道路設計方案的第一個指標；e2風電發電場道路設計方案的第二個指標；e|E|為風電發電場道路設計方案的第|E|個指標；|E|為風電發電場道路設計方案的全部指標。

根據技術指標集合E，可以進一步設定可能的方案集合，如公式（2）所示。

P={p1，p2，…p|P|}" " " " " " " " " " " " " " "（2）

式中：P為風電發電場道路設計的方案集合；p1為風電發電場道路設計的第一個方案；p2為風電發電場道路設計的第二個方案；p|P|為風電發電場道路設計的第|P|個方案；|P|為風電發電場道路設計的全部方案。

根據多元決策建模的原理，風電發電場道路設計的技術指標矩陣和方案矩陣已經構建完畢，可以進一步生成判斷矩陣，如公式（3）所示。

（3）

式中：R為風電發電場道路設計方案矩陣；r11為根據風電發電場道路設計一號技術指標和一號方案所構建的判斷矩陣；r12為根據風電發電場道路設計二號技術指標和一號方案所構建的判斷矩陣；r21為根據風電發電場道路設計一號技術指標和二號方案所構建的判斷矩陣。

風電發電場道路設計存在多個可能的候選方案，因此采納哪種方案需要一定依據。結合風電發電場道路設計的已有經驗，生成專家系統知識庫。在專家知識庫內對可能的候選方案進行權重的配置，全部方案的權重疊加在一起符合下面的關系，如公式（4）所示。

（4）

式中：qj為風電發電場道路設計第j個候選方案的權重；|E|為風電發電場道路設計所有候選方案的總數。

風電發電場道路設計的技術指標不同，單位量綱、數值都存在一定差異，由此生成的風電發電場的道路設計方案也存在不同的量綱、數值范圍。為能對其在同一尺度上進行選擇決策，須將其納入同一量綱范圍、同一值域范圍內，可以通過歸一化來解決。正向歸一化的操作如公式（5）所示。

（5）

負向正向歸一化的操作如公式（6）所示。

（6）

3 山區風電發電場道路設計方案對比試驗

山區風電發電場道路設計，最大的難點就是解決風力發電機組的運輸問題。風力發電機組的體積大，在山區運輸有很大的困難。因此，須結合本項目道路設計的技術指標，采用多元決策模型法，對不同運輸方案進行試驗對比，確定道路設計的方案。

根據多元決策模型，比較兩種運輸方案下對道路參數的需求，結果見表2。

為直觀地展示表2中的對比情況，將其繪制成柱狀圖，分別如圖2～圖5所示。

從圖2～圖5可看出，在塔筒長度不同，轉彎半徑相同的配置中，特殊運輸下的道路設計方案的道路寬度總是低于普通運輸方案的道路寬度，可以節省工程用料量、節約道路建設成本。

4 結論

廣西地區天然能源較為稀缺，綜合考慮國家低碳環保發展戰略，風力發電成為廣西今后能源供給的重要方向。廣西東蘭縣風力資源豐富，但山區自然條件限制給風力發電場建設造成了困擾。本文針對東蘭縣風力發電場實際建設項目，綜合考慮其道路設計的各項技術指標，在多元決策模型的支持下，對普通運輸和特殊運輸兩種方案進行對比，結果顯示采用特殊車輛運輸進行道路設計，會大大減少道路施工工程用料，從而節約道路建設成本。

參考文獻

[1]關秋韻.以綠色電力驅動廣西新能源產業高質量發展——專訪天能電池集團董事長張天任[J].中國-東盟博覽，2021，23（1）：20-21.

[2]李振垚，擺世彬，方若水，等.基于廣域測量系統的雙饋風力發電機組在線參數辨識方法[J].南方電網技術，2021，15（5）：99-108.

[3]胡恒武，查旭東，呂瑞東，等.基于光伏發電的道路能量收集技術研究進展[J].材料導報，2022，36（20）：60-72.