风电机组叶片防除冰技术应用方案
风电机组叶片防除冰技术应用方案
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拥有完善的，经过工程验证的风力机叶片结冰分析模型以及响应的数据分析控制 器，结合准确结冰监测可提供高效的风力机防除冰策略。
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三、项目主要工作
5、风场技改标准作业
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三、项目主要工作
机械连接可靠性：风场超过3年装机考 验；
防/除冰效果验证：1台样机； 加热设备设计寿命：25000h； 叶片质量矩影响：＜0.2%; 独立690V电气设计； 可忽略雷击风险； 无明火、防干烧设计； 除冰起机时间≤100min； 核心专用除冰控制器。
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除冰试验——夜间防冰状态转变
四、试验效果综合评估
2、系统防/除冰试验
试验时间： 2018年2月2日17:40~2月3日10:30 加热16h后风机叶片表面防冰状态
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除冰试验——夜间防冰状态转变
四、试验效果综合评估
2、系统防/除冰试验
试验时间： 2018年2月2日17:40~2月3日10:30 加热16h后风机叶片表面防冰状态
1、系统自动运行调试
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加热系统自动运行状态——叶片3
2018.1.26 9:18
四、试验效果综合评估
试验时间：2018年1月25日16时~ 2018年1月26日8时
1、系统自动运行调试
启动点
2018.1.25 16:09
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典型自动运行数据图表
2018.1.26 7:50
四、试验效果综合评估
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五、项目前景及展望
针对我国存量风电市场，由于我国结冰区域地处广泛，国家能源局“十二五”第二 批拟核准风电项目计划中，风电机组可能会面临冰冻问题的项目占总项目的26.4%， 其中除位于冰冻地区的项目外，高海拔和凝露区域也存在部分冰冻现象。凝露和冰 冻同时存在的项目较多。可以保守估计对风电叶片抗冰技术的需求达6000万千瓦。 具有完全自主知识产权的核心复合材料气热传导技术——“ MW级风机叶片加热 抗冰系统 ”在 2018年初 寒潮中表现优异，效益可观， 得到国家电投 集团江西公司 的表扬，有望率先在国内做出示范性成果推广工程。
探究风力发电机叶片的防覆冰技术
探究风力发电机叶片的防覆冰技术摘要：现今，风力发电已成为我国电能生产的主要方式之一，其不仅具有较强的清洁无污染特性，而且还能有效降低生产成本，提高资源、能源利用率。
但是有些风能发电地区的冬季温度较低，一旦外界环境温差较大，就会导致风力发电机叶片上出现覆冰情况，进而严重影响机组的正常运行，使得风力发电质量和效率大大降低，因此，要想改善现状，就要对风力发电机叶片的防覆冰技术的应用加大研究力度。
本文也会结合风力发电机叶片结冰原因及危害，对相应的防覆冰技术进行着重分析，并提出科学合理的除冰措施，仅供参考。
关键词：风力发电机；叶片覆冰；防控技术；除冰措施在风力发电过程中，机组叶片经常在大雾或冻雨天气下出现明显的覆冰现象，这样就会增加叶片重量，使其在运行过程中出现失稳、失速等不良情况，严重时，还会导致风机变桨控制和偏航控制出现判断失误现象，进而影响到最终的发电质量。
因此，要想避免覆冰情况的发生，就要对风力发电机叶片材质和结构进行全面改进，并采取科学合理的防覆冰和除冰技术，保证机组运行安全，最大化减少发电损失。
1、风机叶片覆冰原因及产生的危害分析1.1覆冰原因由于大部分风能发电地区都处于比较寒冷的地带，而每年11月至次年的2、3月份，这些地区就会出现较多的大雾及冻雨天气，所以这种环境下就会极易导致风机叶片出现覆冰情况，如雾凇、雨凇等结冰情况。
这其中，雾凇是一种霜，其是由密度为0.25 g/cm3白色不透明粒状结构物沉积而成，当风速过大时，冷却水与0℃以下的风机叶片一旦接触，就会在叶片表面形成一层毛玻璃状密度较大的晶状雾凇；反之，若风速不大，且冷却水较少时，也会在风机叶片表面形成粒状雾凇。
由于这类覆冰结构比较密室，所以一旦形成就很难清除和脱落，若是冰层过厚过重势必会导致风机叶片出现弯折或断裂情况。
而雨凇是由超冷却的雨水遇到温度低于0℃的风机叶片时所形成，这种冰透明坚硬，密度大约为0.85g/cm3，一旦形成就会导致整个风机外表面形成一层冰铠甲，并且机组背风面和迎风面的冰层厚度不尽相同[1]。
风机叶片防冰、除冰方案探讨
风机叶片防冰、除冰方案探讨摘要：对于安装在湿度大、高寒地区的风机，其叶片、风速仪等部件容易结冰。
叶片结冰会对风机运行造成极大的危害，该文重点介绍叶片防冰、除冰的措施方案，比较分析各方案的优缺点。
关键词：叶片结冰防冰除冰风能是一种取之不尽、用之不歇的可再生能源。
近年来，风力发电得到世界各国的普遍关注和优先发展，然而丰富的风资源基本上分布高寒地区和湿度大的沿海地带，环境极其恶劣。
风力发电机在低温条件下，若遇到潮湿空气、雨水、冰霜、雪，特别是遇到过冷却水滴时，其部件就会发生冰冻现象。
叶片结冰对风场、机组运行及人员安全都会带来一定的影响[1-3]，降低发电效率，增加运行载荷与噪音，甚至危及风机及现场维护人员的安全。
因此，叶片防冰、除冰工作显得尤为重要1 叶片防冰、除冰方案国外风机厂商，如Enercon、Siemens、Vestas等针对叶片防冰、除冰做了很多研究工作。
尽管他们的研究成果尚未成熟、未商业化，但其极具参考意义。
机械除冰可分为人工除冰、膨胀管技术除冰两种。
人工除冰借助于操作平台，效率低下，且操作危险系数高，只在覆冰极严重的情况使用。
膨胀管技术除冰，原理如图1。
在最容易结冰的叶片前缘粘贴橡胶膨胀管，利用巨大的叶片离心载荷使其自动膨胀，膨胀后冰层自然脱落。
2 被动式除冰2.1 吸热涂料叶片外表面喷涂黑色涂料，使叶片呈现黑色。
黑色比其他颜色吸热效果好，可以增加叶片表面温度，实现除冰目的。
[4]2.2 疏水涂料防结冰油漆是目前应用范围最为广泛的叶片抗结冰材料，其工作原理是降低叶片表面能，提高疏水性。
优点是成本低，无需特殊的雷电防护，后期维护简单,易于推广。
2.3 化学药剂对于叶片结冰严重的现象，用化学药剂除冰也是可行的。
除冰速度快，效率高；但会污染叶片表面，需要经常维护。
3 主动式除冰3.1 电加热除冰可分为内部电加热和外部电加热两种方式。
内部电加热方案是在叶片内部贴上导电器件，如加热丝。
在叶片结冰时，通电提高叶片内部温度，利用热平衡原理将内部热量传导到叶片外部。
叶片结冰处置方案
叶片结冰处置方案叶片结冰是风力发电机运行过程中常见的问题之一、结冰会导致风力发电机的性能下降甚至停机，因此必须采取相应的处置措施。
下面是一种针对叶片结冰的处置方案。
1.预防措施：为了避免叶片结冰问题的发生，可以采取以下预防措施：(1)选择适合的叶片材料：选择具有良好抗结冰性能的叶片材料，可以有效地减少结冰的可能性。
(2)优化叶片设计：采用气动光滑的叶片设计，减少冰粒附着的可能性。
另外，叶片表面可以覆盖一层具有抗冻性的防冰涂层。
(3)安装加热器：在叶片表面安装加热器，通过加热叶片表面的方式，避免冰粒的形成。
2.检测方法：为了及时了解叶片结冰的情况，可以采取以下检测方法：(1)安装温度传感器：在叶片表面安装温度传感器，通过检测叶片表面的温度变化来判断是否结冰。
(2)使用红外线摄像机：利用红外线摄像机可以实时观察叶片表面的温度变化，从而判断是否有结冰的情况。
3.结冰处置方案：一旦发现叶片结冰的情况，需要及时采取以下处置方案：(1)运行速度调整：降低风力发电机的转速，减小风扇叶片与冰的接触面积，从而减少结冰的可能性。
(2)启动加热器：如果安装了加热器，可以启动加热器对叶片进行加热，迅速融化结冰物质。
(3)喷洒抗冰剂：使用抗冰剂喷洒在叶片表面，抗冰剂可在冰的表面形成一层保护膜，防止冰再次附着。
4.日常维护：为了保持风力发电机的正常运行(1)定期检查：定期检查叶片表面是否存在冰粒、积雪等，及时清除。
(2)保持清洁：保持叶片表面的清洁，避免灰尘、油脂等物质的积累，减少冰粒的附着。
(3)加强防护：在叶片表面涂上防冰涂层，增加叶片的抗冰性能。
总之，针对叶片结冰问题的处置方案主要包括预防措施、检测方法、结冰处置方案和日常维护。
通过以上措施的综合应用，可以有效减少叶片结冰问题的发生，提高风力发电机的稳定性和可靠性。
风机叶片防冰、除冰方案探讨
吸 热涂 料 （ 黑色涂 料 ）
操 作简单 ， 不用 引入其 他复 杂体 系， 且可以适 用于在 役叶片， 成本 相对 较低
白色表面 相 违背； 除冰 效 果受 制于 光 照条件 ； 夏季 太阳辐射 严重 时，
防结 冰
被 动防结 涂 装 冰 方案 疏 水涂 料 操 作简单 ， 不用 引入 其他复 杂 的部 件， 可 以适用 于在役叶片， 并且成 本低
电加 热
除 冰效率 不 高， 不用额 外考虑 雷 电防护 问题 温 度测 量及 控制 系统 ， 使 叶片系统 复杂化 风 险较大 ； 维护 困难 ； 成本 高
，
外部 电加 热
主 动 除 冰方案
除 冰效率 高 ， 加 热区 域设 计灵活 除 冰效率 比较 高
，
耗 能较 高 ； 热 气产生 系统 ， 并且需要 在叶片 内部安 装热 气管道 及空 气置换 通 道 使叶片 系统复 杂化 ； 成本 较高
Ｅ — ｌ ２ ６ ７ ． ５ Ｍ Ｗ风 机 叶片叶 根 、 叶 中段粘 贴
５ ）。
【 ５ １ Ａ ． Ａ ｌ ｂ ｅ ｒ ｓ． ＳＵ ｍ ｍ ａ ｒ Ｙ Ｏｆ ａ
Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｉ Ｃ ａ １ Ｖ ａ １ ｉ ｄ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ＥＮ ＥＲ Ｃ０ Ｎ ’ ｓ Ｒｏｔｏｒ Ｂｌ ａｄｅ Ｄ ｅ— Ｉ ｃ ｉ ｎｇ Ｓｙｓ ｔ ｅｍ ． ２ ０１ １ ．
温 度过 高会影 响叶 片材 料性 能 ， 一定
的时 间年 限需 要进行 维 护 涂 料 性能 测试 结果 不理 想 ； 涂料 的
防结 冰能 力需 要考察 ， 一定年限
薷要进行维护
化 学除 冰药 剂 应 用于 叶片表面 ， 降低冰 点， 除 冰效率 相对 较高 腐蚀 性 强， 会破 坏叶片表 面油漆 系统 ， 需 要经 常维 护， 维护 成本高 能 耗 高； 需 设计加 入器件 布线 ， 引入 内部 电加 热
风力发电叶片防冰技术的研究与发展
风力发电叶片防冰技术的研究与发展引言风力发电是一种清洁、可再生的能源发电方式，其在全球范围内得到了广泛的应用和发展。
然而，随着风电装机容量的不断增加，风力发电叶片结冰问题也日益显现。
冰雪覆盖在叶片上不仅会降低发电效率，还可能导致叶片损坏甚至停机。
因此，风力发电叶片防冰技术的研究与发展显得尤为重要。
1. 风力发电叶片结冰问题的影响在冷雨、雾气、雨夹雪等气候条件下，风力发电叶片很容易结冰。
当叶片结冰时，风力发电机组的发电效率会大大降低，甚至完全无法发电。
此外，冰雪覆盖在叶片上会增加叶片的负荷，提高叶片的表面摩擦，增加振动，严重时会导致叶片的损坏。
因此，风力发电叶片结冰问题不仅影响风力发电站的经济效益，还对风力发电设备的性能和寿命产生不良影响。
2. 风力发电叶片防冰技术的现状目前，有许多不同的风力发电叶片防冰技术被广泛应用。
这些技术包括被动防冰技术和主动防冰技术。
被动防冰技术主要通过改良叶片的表面形态来减少冰雪的附着和增强排冰效果。
常见的被动防冰技术包括采用特殊材料、表面涂层、纳米涂层、凹凸表面等。
这些技术的主要原理是通过降低冰雪附着的能力、提高冰雪脱落的能力，从而减少叶片的结冰问题。
主动防冰技术则通过向叶片表面供给热能或改变叶片表面温度的方法来减少或消除冰雪的积聚。
常见的主动防冰技术包括直接加热、间接加热、超声波加热、微波加热等。
这些技术的主要原理是通过提供足够的热量，使冰雪迅速熔化或产生脱落。
3. 风力发电叶片防冰技术存在的问题与挑战尽管风力发电叶片防冰技术取得了一定的成果，但仍然存在一些问题和挑战。
首先，部分防冰技术的成本较高，造成了风电站建设和运营成本的增加。
在一些寒冷的地区，特别是高纬度地区，需要大量投入用于防冰技术的研发和应用。
其次，现有的防冰技术并非完全可靠。
由于气象条件的多变性和不确定性，特别是在极端天气条件下，叶片上的冰雪可能会再次积聚，导致防冰技术失效。
此外，现有的防冰技术对环境的影响也需要进一步的研究和评估。
风电机组叶片防覆冰技术研究分析
风电机组叶片防覆冰技术研究分析摘要：随着社会的进步，我国的风力发电也在迅猛发展，风力发电的装机容量已经到了2.1亿千瓦，是我国发电机容量的9.7％，但是，还存在一些影响因素，致使风机发电量损耗了近277亿千瓦时。
本文通过对风电机组叶片的防覆冰技术进行仔细的研究，对风电机组叶片产生的不利因素分析并制定出了解决措施。
关键词：风力发电；覆冰现象；解决方案1风机叶片覆冰概述及实例分析风机叶片在冬季会有冰冻的现象，这种现象会在0℃以下出现，尤其是遇到潮湿的空气、雨雪天气或是冷却水滴等情况会更严重，寒冷天气的风速是由低到高之间的转换，在这期间风机叶片会结冰，导致风机叶片负重运行，输出降低。
1.1风场环境及实例分析在2019年，某风电场区域出现了雨夹雪，天气十分恶劣，平均风速达到了10m/s，室外温度在零下摄氏度，当晚的值班人员发现几台风力发电机正常连接到电网并以10m/s的风速发电时，出现了脱机并接连待机的情况。
监控的画面没有显示出故障。
1分钟后自动启动，然后脱离并待机；检查其他风机参数，尤其是振动和风速的运行是否正常；值班人员又发现了其他风力发电机先后出现了类似的现象，风力发电机功率与风速不相符，初步判断风机叶片出现了覆冰。
为了防止覆冰对风电机组造成伤害，所以将叶片冰覆风机一一关闭，以保证风电机组在极端严寒天气正常运转。
后来气温在逐渐回升，风机的覆冰现象有所好转，冰雪开始慢慢融化，管理人员在路边做好了防范措施，设置醒目的警告标志，在检查风机没有任何异常后全部正常运行。
1.2风场覆冰叶片影响覆冰现象发生后，应急处置果断，风机停运，人、机均未造成损伤，但受此次覆冰现象的影响，造成了240万kW·h电量的浪费。
2风机叶片覆冰危害风场覆冰现象究其原因，可以发现叶片覆冰的危害主要有以下几点：2.1人身安全在风轮旋转过程中，覆冰的叶片会掉在叶片表面，对居民的人身以及财产安全有一定的威胁，尤其是在道路和居民区附近，这更可能引起事故。
风电机组防冰研究与方案设计
风电机组防冰研究与方案设计在寒冷的冬天，风力发电机组防冰研究与方案设计就变得尤为重要。
随着风电行业的不断发展，风电机组防冰技术也在不断完善。
本文将从防冰机理、防冰方案设计和防冰效果测试三个方面探讨风电机组防冰研究与方案设计的相关内容。
一、防冰机理防冰机理是研究风电机组防冰的基础。
当风力发电机组运行时，机翼表面的水分会因为冷却而凝固成冰，堆积在翼型上，导致翼型变形，进而影响机组的风能捕捉效率和安全性能。
因此，防止冰的堆积是保证风电机组安全和运行稳定的重要措施。
目前市场上主要采用的防冰方法有加热防冰、机械振动防冰和换热防冰三种方式。
1. 加热防冰：加热防冰技术是在风力发电机组表面加热，使风电机组表面水分不凝结，从而达到防止冰雪堆积的效果。
该技术有一定的使用成本和安全隐患，因为需要建立高压电源供给发电机组所需的加热电量。
2. 机械振动防冰：机械振动防冰技术是通过机械振动产生的压缩波效应打破空气中的附着体，使其不停留于翼型表面而起到防冰功效。
该技术亦存在着一定的缺陷，例如：振动强度不够、使用寿命较短等。
3. 换热防冰：换热防冰技术是利用外部低温的空气传导到压缩机内进行加热排放，使得排气管及主轴等部件在其表面积深度形成的薄冰膜上形成很薄的水膜，起到无冰防护作用的效果。
该技术经过实践证明，比其它技术要更加稳定、持久且安全可靠，风力发电机组的使用寿命也更长。
二、防冰方案设计制定防冰方案是风电机组防冰研究的关键。
防冰方案的设计应考虑到机组的结构、工艺参数和运行环境等多方面因素。
同时，防冰方案设计要建立在对防冰机理的深入理解和系统分析的基础之上。
1. 防冰材料的选择防冰材料是防冰方案设计中尤为重要的环节。
根据实际需要，选择适合的防冰材料非常关键。
常用的防冰材料有PRT、PTC、PTFE、PERT、PEEK和PA等。
这些材料各有特点，应根据机组实际情况做出选择。
2. 防冰设备的性能防冰设备的性能也是防冰方案设计中的重要环节。
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二、项目背景及概况
2016年公司向国家电投集团申请了《风 力发电机组叶片气热抗冰技术开发》的科 技项目。 针对江西吉安市泰和县天湖山风电场的 2MW 风机研发一套远程智能控制的叶片气 热抗冰系统，验证其抗冰效果及可靠性。
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二、项目背景及概况
天湖山风电场装机容量48MW,地处泰和、万安两县交界处的山脉，海拔高度为 670～1152m。风电场属亚热带 湿润季风气候。夏季受西太平洋副热带高压控制和影响，盛行偏南风；冬季受西伯利亚和蒙古冷高压控制和影 响，盛行偏北风；该区域叶片每年结冰时间约 25 天，结冰类型为主要为雨凇和雾凇。
试验时间： 2018年2月2日18时
1、系统自动运行调试
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持续结冰运行时间
2018.2.2 17:04
四、试验效果综合评估
试验时间：2018年2月2日11:09
2、系统防/除冰试验
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联合团队登山环境
四、试验效果综合评估
试验时间：2018年2月2日14:35
2、系统防/除冰试验
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拥有完善的，经过工程验证的风力机叶片结冰分析模型以及响应的数据分析控制 器，结合准确结冰监测可提供高效的风力机防除冰策略。
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三、项目主要工作
5、风场技改标准作业
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三、项目主要工作
机械连接可靠性：风场超过3年装机考 验；
防/除冰效果验证：1台样机； 加热设备设计寿命：25000h； 叶片质量矩影响：＜0.2%; 独立690V电气设计； 可忽略雷击风险； 无明火、防干烧设计； 除冰起机时间≤100min； 核心专用除冰控制器。
风电机组叶片防除冰技术应用方案
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目录
项目概况 项目主要工作 试验效果综合评估 项目前景及展望
二、项目背景及概况
如何解决风电叶片结冰问题是一项全球性技术难题，尤其针对江西山地风场这类已服役运行的风机，气热
抗冰技术是一种最具可实施性的新技术。
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二、项目背景及概况
我国的冻雨气候分布广泛，而冻雨又是多种结冰气 候中结冰速率最快的一种方式，其危害也最大。 风力发电机组的运行环境十分恶劣，风轮叶片这一 风电机组的关键部件在实际运行中会遭受各种环境的 考验，其中叶片表面结冰问题是一个亟待解决的难点。 风轮叶片结冰后，叶片的气动外形发生改变，这会造 成风机的发电功率降低；结冰严重时，风机必须要停 机。除影响发电外，结冰造成的风轮质量不平衡还会 提高风机部件的疲劳损伤，此外随风轮旋转甩出的冰 块会对风场附近的人、畜以及建筑等造成危害。
对于主动防、除冰技术而言，除了高效可靠加热抗冰技术外，叶片的防、除冰技术中另一个重要的技术难点 是结冰探测技术，即如何快速、准确、可靠的探测到叶片结冰的起始和结束。结冰探测技术必须要做到如下几 点：第一，避免没有必要的停机；第二，在发生结冰严重的情况之前自动停机；第三，在冰融化后 可以自动 开机。 引用行业内国外成熟的冰探测仪技术——超声波传感器，装在机舱顶部利用自身结冰表征判断叶片结冰，并 输出结冰信号，配合气象与技术参数监测，准确判断结冰状态。
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6、防除冰系统特点
三、项目主要工作
风机载荷安全性复核报告
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目录
项目概况 项目主要工作 试验效果综合评估 项目前景及展望
四、试验效果综合评估
试验时间：2018年1月25日9:22
1、系统自动运行调试
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系统自动待机模式
四、试验效果综合评估
试验时间：2018年1月25日14:21
1、系统自动运行调试
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29#机正常发电运行监测
2018.1.25 14:21
四、试验效果综合评估
试验时间：2018年1月26日9:17；温度：-5.7℃；
1、系统自动运行调试
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加热系统自动运行状态——主页
2018.1.26 9:17
四、试验效果综合评估
试验时间：2018年1月26日9:17
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二、项目背景及概况
三年来，项目研发人员付出了艰辛的努力，在冰天雪地的艰苦环境中刻苦攻关，终 于在泰和天湖山试制了样机，获取了大量试验数据，在行业内率先进行了有益的探索。
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目录
项目概况 项目主要工作 试验效果综合评估 项目前景及展望
三、项目主要工作
1、风机结冰检测
1、系统自动运行调试
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加热系统自动运行状态——叶片3
2018.1.26 9:18
四、试验效果综合评估
试验时间：2018年1月25日16时~ 2018年1月26日8时
1、系统自动运行调试
启动点
2018.1.25 16:09
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典型自动运行数据图表
2018.1.26 7:50
四、试验效果综合评估
1、系统自动运行调试
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2018.1.26 9:17
加热系统自动运行状态——塔基
四、试验效果综合评估
试验时间：2018年1月26日9:18
1、系统自动运行调试
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加热系统自动运行状态——机舱
2018.1.26 9:18
四、试验效果综合评估
试验时间：2018年1月26日9:18
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29#机位准备工作
四、试验效果综合评估
试验时间：2018年2月2日
2、系统防/除冰试验
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29#风机初始覆冰影像
四、试验效果综合评估
2、系统防/除冰试验
试验时间：2018年2月2日14:36 3#叶片除冰前机顶特写及温度状态
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三、项目主要工作
3பைடு நூலகம்加热功率密度设计
热空气除冰/防冰理论模型
叶尖对应不同功率密度的升温图
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仿真分析分段效果图
气热升温试验效果图
三、项目主要工作
4、气热系统工作原理
气热除冰系统安装在叶片前缘，加热装置安装在叶根位置，其原理为利用叶片内腔 与腹板内腔形成的气热循环通道对叶片内腔进行加热，实现间接除冰。
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二、项目背景及概况
抗冰试验样机选取天湖山风电场 29#风机。天湖山风电场 29#风力发电机组（XE100-2000）是一种采用水平 轴、三叶片、上风向结构布局，变转速、变桨距角调节控制策略，直接驱动永磁同步发电机发电并网运行的风 力发电机组，该机组风轮配置时代新材和生产的 48.5米叶片。其主要技术参数如下表：