山區(qū)風(fēng)電發(fā)電場道路的多元決策設(shè)計

摘 要：針對廣西東蘭縣風(fēng)電發(fā)電場項目的實際問題，構(gòu)建了一種基于多元決策模型的道路設(shè)計方案選擇方法。多元決策模型根據(jù)項目技術(shù)指標(biāo)，分別構(gòu)建指標(biāo)矩陣、方案矩陣、權(quán)重矩陣、判斷矩陣，從而形成不同方案的量化對比，輔助設(shè)計人員進行合理的方案選擇。兩組設(shè)計方案的對比結(jié)果顯示，在不同的風(fēng)電設(shè)備塔筒長度、相同的轉(zhuǎn)彎半徑條件下，采用特殊車輛運輸?shù)姆桨杆璧缆穼挾雀?，有助于?jié)省道路施工的成本。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電發(fā)電場；道路設(shè)計；多元決策模型

中圖分類號：TM 74" 文獻標(biāo)志碼：A

目前，廣西壯族自治區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展逐步駛?cè)肟燔嚨?，因此省域范圍?nèi)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(qū)是一個能源比較稀缺的地區(qū)，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(nèi)的能源供給，就必須充分依托廣西境內(nèi)的自然條件和氣候條件，對自然能到電能進行轉(zhuǎn)換，從而保證廣西地區(qū)的能源供給，在廣西電源結(jié)構(gòu)中增加風(fēng)電等清潔能源的比重刻不容緩[2]。隨著廣西東蘭縣地方經(jīng)濟的高速發(fā)展，對電力的需求越來越大，根據(jù)電力電量平衡結(jié)果，考慮本文中風(fēng)電場也參與電力電量平衡，2022—2025年東蘭縣電網(wǎng)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(shè)風(fēng)力發(fā)電場充分利用風(fēng)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(qū)，地形結(jié)構(gòu)特征起伏多變且植被茂密叢雜，又沒有已經(jīng)建成的山區(qū)公路交通網(wǎng)絡(luò)，給風(fēng)力發(fā)電設(shè)備尤其是大型設(shè)備的運輸造成了較為嚴(yán)重的困難[3]。在這種情況下，如何根據(jù)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的運輸進行道路設(shè)計，成為影響東蘭縣電能供給的核心問題。本文結(jié)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(qū)風(fēng)電發(fā)電場道路設(shè)計。

1 山區(qū)風(fēng)電發(fā)電場道路建設(shè)技術(shù)指標(biāo)分析

本項目擬布置19臺單機容量5000kW的SI-19350風(fēng)力發(fā)電機組（葉輪直徑為193m，輪轂高度為110m），其中兩臺限發(fā)3500kW，總裝機容量92MW的東蘭弄好嶺風(fēng)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(xiāng)道橫穿。場址主要涉及花香鄉(xiāng)、隘洞鎮(zhèn)、長樂鎮(zhèn)3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，主要考慮利用周邊一帶的山脊和山包區(qū)域，并充分考慮這些復(fù)雜地形區(qū)域的實際情況，才能為電場道路設(shè)計提供最可靠的依據(jù)。

東蘭縣境內(nèi)以丘陵地形為主，境內(nèi)侵蝕低山、溶蝕谷、溶蝕洼地相間，構(gòu)成了東北部侵蝕低山，中山地區(qū)，中南部溶蝕谷地區(qū)，西南峰叢洼地區(qū)。地貌按其基本形態(tài)和成因大致分為構(gòu)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(fēng)電場場址區(qū)地形地貌主要是低山地貌，以構(gòu)造作用為主，受長期強烈的剝蝕切割作用，總體呈現(xiàn)山脊、溝谷、山脊?fàn)钕嚅g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(gòu)成。溝谷發(fā)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(fēng)電場各風(fēng)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(fēng)電發(fā)電場建設(shè)位置的高程圖，如圖1所示。

本風(fēng)電場為地勢起伏較大的山地丘陵地區(qū)，施工道路路線布設(shè)受到風(fēng)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(yīng)盡量采用較高的平曲線指標(biāo)。本項目根據(jù)地形地物、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)以及橋涵構(gòu)造物等要求進行縱斷面設(shè)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(fēng)機大件運輸要求，需要繼續(xù)改擴建，進場道路改擴建2km，場內(nèi)改擴建路段長約12km。連接各風(fēng)機位點的道路為新建道路，道路采用路面寬5m兩側(cè)各0.5m路肩，泥結(jié)石路面，場內(nèi)新建道路長度約29km。路線主要技術(shù)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

2 發(fā)電場道路設(shè)計的多元決策模型

為合理設(shè)計風(fēng)電發(fā)電場道路，需要綜合考慮表1中的多個技術(shù)指標(biāo)，每個指標(biāo)都對應(yīng)了要道路建設(shè)總目標(biāo)下的一個具體的特征。多元決策的建模思想在風(fēng)電發(fā)電場道路設(shè)計的全部技術(shù)指標(biāo)和特征都形成對應(yīng)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(gòu)造技術(shù)指標(biāo)集合，如公式（1）所示。

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

式中：E為風(fēng)電發(fā)電場道路設(shè)計方案的指標(biāo)集合；e1為風(fēng)電發(fā)電場道路設(shè)計方案的第一個指標(biāo)；e2風(fēng)電發(fā)電場道路設(shè)計方案的第二個指標(biāo)；e|E|為風(fēng)電發(fā)電場道路設(shè)計方案的第|E|個指標(biāo)；|E|為風(fēng)電發(fā)電場道路設(shè)計方案的全部指標(biāo)。

根據(jù)技術(shù)指標(biāo)集合E，可以進一步設(shè)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(fēng)電發(fā)電場道路設(shè)計的方案集合；p1為風(fēng)電發(fā)電場道路設(shè)計的第一個方案；p2為風(fēng)電發(fā)電場道路設(shè)計的第二個方案；p|P|為風(fēng)電發(fā)電場道路設(shè)計的第|P|個方案；|P|為風(fēng)電發(fā)電場道路設(shè)計的全部方案。

根據(jù)多元決策建模的原理，風(fēng)電發(fā)電場道路設(shè)計的技術(shù)指標(biāo)矩陣和方案矩陣已經(jīng)構(gòu)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(fēng)電發(fā)電場道路設(shè)計方案矩陣；r11為根據(jù)風(fēng)電發(fā)電場道路設(shè)計一號技術(shù)指標(biāo)和一號方案所構(gòu)建的判斷矩陣；r12為根據(jù)風(fēng)電發(fā)電場道路設(shè)計二號技術(shù)指標(biāo)和一號方案所構(gòu)建的判斷矩陣；r21為根據(jù)風(fēng)電發(fā)電場道路設(shè)計一號技術(shù)指標(biāo)和二號方案所構(gòu)建的判斷矩陣。

風(fēng)電發(fā)電場道路設(shè)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(jù)。結(jié)合風(fēng)電發(fā)電場道路設(shè)計的已有經(jīng)驗，生成專家系統(tǒng)知識庫。在專家知識庫內(nèi)對可能的候選方案進行權(quán)重的配置，全部方案的權(quán)重疊加在一起符合下面的關(guān)系，如公式（4）所示。

（4）

式中：qj為風(fēng)電發(fā)電場道路設(shè)計第j個候選方案的權(quán)重；|E|為風(fēng)電發(fā)電場道路設(shè)計所有候選方案的總數(shù)。

風(fēng)電發(fā)電場道路設(shè)計的技術(shù)指標(biāo)不同，單位量綱、數(shù)值都存在一定差異，由此生成的風(fēng)電發(fā)電場的道路設(shè)計方案也存在不同的量綱、數(shù)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(nèi)，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(fù)向正向歸一化的操作如公式（6）所示。

（6）

3 山區(qū)風(fēng)電發(fā)電場道路設(shè)計方案對比試驗

山區(qū)風(fēng)電發(fā)電場道路設(shè)計，最大的難點就是解決風(fēng)力發(fā)電機組的運輸問題。風(fēng)力發(fā)電機組的體積大，在山區(qū)運輸有很大的困難。因此，須結(jié)合本項目道路設(shè)計的技術(shù)指標(biāo)，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(shè)計的方案。

根據(jù)多元決策模型，比較兩種運輸方案下對道路參數(shù)的需求，結(jié)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(zhuǎn)彎半徑相同的配置中，特殊運輸下的道路設(shè)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(jié)省工程用料量、節(jié)約道路建設(shè)成本。

4 結(jié)論

廣西地區(qū)天然能源較為稀缺，綜合考慮國家低碳環(huán)保發(fā)展戰(zhàn)略，風(fēng)力發(fā)電成為廣西今后能源供給的重要方向。廣西東蘭縣風(fēng)力資源豐富，但山區(qū)自然條件限制給風(fēng)力發(fā)電場建設(shè)造成了困擾。本文針對東蘭縣風(fēng)力發(fā)電場實際建設(shè)項目，綜合考慮其道路設(shè)計的各項技術(shù)指標(biāo)，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(jié)果顯示采用特殊車輛運輸進行道路設(shè)計，會大大減少道路施工工程用料，從而節(jié)約道路建設(shè)成本。

參考文獻

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