风机叶片防覆冰技术研究
风机叶片防覆冰技术研究
四、实效及专利
四、实效及专利
通过特殊工序工艺生产的PTFE膜，满足对风机叶片表面的粘结复合要求，满足风机 叶湖北能源集团利川风电有限公司的统计数据（2013年～2015年），利川齐岳山地 区的96MW风电场（2MW风机48台）的覆冰期均超过40天/年，因覆冰造成的发电损失达 17.5%设计电量，年发电量损失约2000万千瓦时，直接经济损失约1380万元（按0.69元 /KWh计算），占总发电量的覆冰损失率（平均6.04%），远高于故障损失的损失率（平 均3.49%）。
一、叶片覆冰问题的提出
冬季又恰恰是风资源较为丰富的大好时机，这些覆冰程度都相对严重的地区，不存 在风电本地消纳的压力问题，因覆冰导致的电费损失十分惊人，其中，湖北能源集团利 川齐岳山地区风电场最具代表性，年覆冰停机天数约40天。因此，防覆冰技术已经成为 保障风电安全运行的关键技术之一，是风电行业提质增效的一项重要举措。
目录 CONTENTS
一 叶片覆冰问题的提出 二 防覆冰技术研究动态 三 PTFE防覆冰技术分析 四 专利成果及结论
一、风机叶片覆冰问题的提出
一、叶片覆冰问题的提出
据中国三峡集团新能源公司的不完全统计，除云贵川地区的风电场外，该公司在东北、西北、 内蒙古、华东等分公司，所属的甘肃张家川天源、安徽桐城桂湾、河北尚义石井、河南社旗、山东 南墅润莱、黑龙江宾县大个子、辽宁调兵山、黑龙江伊春华宇乌伊岭廷河、黑龙江伊春美林、湖北 能源集团利川齐岳山等地区风电场，因覆冰年损失的发电量约一亿千瓦时。
由于风电机组叶片的表面积大，材质、形状、环境位置等相对特殊，对防抗覆冰的材 料性质性能和工艺有着特殊严格的要求。表2 中的几种除冰措施、方法及其除冰效果，基 本达不到防抗叶片覆冰的功能要求，进而也难以具有实际的应用价值。通过将聚四氟乙烯 和功能纳米材料制备成具有“自洁效应”的表面改性膜材料，是有望解决风电机组叶片防 抗覆冰材料的最有效措施和方法。
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。
风机叶片防覆冰技术研究
水形 式 存在 。
２４ ． 曲 率 大
云 巾液 滴 多是 水 汽凝 结在 半径 为 １ ０ Ｃ ｌ 结 核上 形 成 Ｏ ～１ ｌ 凝 ｌ 的。 因此它 的 半径 很 小而 曲率很 大 。 凸面 的液 体 表面 的饱 和水 蒸 汽 气压 要 比 同温 度 的平 面上 的 大 ， 而且 凸 面 的 曲率 愈 大 ， 饱和 水 蒸 汽 压值 也 愈 大 。凸 曲面 的水 滴 的冰 点 低于 ０℃ ，所 以 云 中的液 态 水 滴 ， 以在 负温 下 存在 。 可
（） ２ 风机 叶 片 覆冰 后 ， 由于 叶 片每 个截 面 覆 冰 厚度 不 ， 得 降低 ， 水不 致在 表 面 上结 冰 。遇 到寒 冷 天气 ， 机 飞行 前 都 需要 使 使 风 叶片 原 何 的翼 型改 变 ， 大大 影 响风 电机 组 的 载荷 和 出 力 ， 使得 风机 在 风机 外 部喷 洒 这种 防冰 液 。 的发 电效 率 大打 折扣 ； 液 体 防冰 的缺 点 ： １ 有 效 作用 时间 短 ， 能 是 一种 短 期 防 冰 （） 只 （） 片 表面 覆冰 后 ， ３叶 随着 温 度 升高 ， 块 就会 脱 落 ， 对 机组 方 法 ； ２ 用量 大 ； ３ 在严 重 结冰 状 况 下除 冰 的效 果 差 。液 体 防冰 冰 会 （） （） 和 现 场人 员造 成 很 大的 安 全隐 患 。 属 于被 动 型 防护 。
差 ， 用 率低 ， Ｊ 还 时 刻 危 及机 组及 现 场 作 业 人 员 的 安全 ， 利 而 ＝ Ｌ 因此 或者 利 用 离心 力 、 振动 把 冰 除去 。 目前 风 电行 业 使用 最 多 的方法 就 开展 预防 风机 结冰 新 技 术研 究 具仃 重 要 的现 实意 义 。 是利 用 人 工击 碎 覆冰 ， 属 于机 械 除冰 方法 中的一 种 。 械 除冰 属 这 机
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。
风电项目风机叶片覆冰分析研究
风电项目风机叶片覆冰分析研究1.甘肃疆能新能源有限责任公司，甘肃定西7443002. 2.上海发电设备成套设计研究院有限责任公司，上海 200240摘要：我国受季风性气候影响明显，冬季风力资源特别丰富，但风力机组叶片覆冰会对风机运行带来多种不利影响，包括功率损失、气动特性改变、降低疲劳寿命以及安全危害等。
目前，越来越多的防覆冰技术被开发和应用，但是极少有在市场上被广泛推广使用。
本文阐述了某风电项目叶片覆冰对风力机组性能的影响，从覆冰的物理现象出发，重点分析了各种叶片防覆冰技术的优缺点，最后提出了风力机组防覆冰建议及技术的研究方向。
关键词：叶片浮冰；风力机组；防冰技术1 前沿风力发电作为一种安全可靠的清洁能源在环境日益恶化和传统能源短缺的形势下，越来越受各国的关注。
我国具有广阔的草原和漫长的海岸线，具有巨大的风能资源。
但是，我国大部分风力机组分布在北部及东北部地区，这些地区气候寒冷，环境恶劣，风力机组在寒冷地区经常面临覆冰问題。
风力机组的覆冰对其安全运行具有严重影响，进行有关风力机组防覆冰技术的研究具有重要的意义。
本文主要针对某风电项目风机叶片覆冰情况分析及叶片覆冰问题的解决方案进行论述，可为国内各场站及其他风电企业提供参考。
2 风机叶片覆冰概述每年冬季、初春，我国境内（尤其是湖北、江西、湖南、贵州、广西等地区）西北方南下的干冷气流和东南方北上的暖湿气流相汇，当气温在-5～0℃之间，风速在1～15m/s 时，如果遇到潮湿空气、雨水、盐雾、冰雪，特别是遇到冷却水滴后，风电机组叶片、风速风向传感器表面就会发生冻冰现象，导致叶片载荷失均、机组降出力运行甚至保护停机，对设备运行、检修人员带来安全隐患，并直接影响风电场经济效益。
低温、高湿地区风电场风机叶片凝冰问题尤为严重，例如我国华东、中南和西南等地区，加拿大、芬兰、瑞典、丹麦、挪威等国家此问题也较为严重。
因此，风机叶片防凝冰正受到国内外学术界和工业界越来越多的关注，随着对凝冰物理过程研究的深入和各种实验、数值模拟数据的积累，叶片外型优化、主控优化、憎水性/疏水性涂层、电/气加热等降低覆冰影响或防覆冰技术已经逐步在部分试点风场应用。
风电叶片防冰冻技术的研究——以广西金紫山风电场为例
工业£1时Industrial Eriffirieering D esign 风电叶片防冰冻技术的研究——以广西金紫山风电场为例Research on Wind Power Blade Anti・Freezing Technology------A Case Study of Jinzishan Wind Farm in Guangxi王华华(广西卓洁电力工程检修有限公司，南宁530000)WANG Hua-hua(Guangxi Zhuojie Electric Power Engineering Maintenance Co.Ltd.,Nanning530000,China)【扌商要】风电叶片的性能直接决定了整个风力发电厂的整体运营发展效益。
但是，在其运行中往往会受到紫外线、风沙、雨蚀等各种自热灾害的影响，尤其低温寒冷导致的风电叶片受冰冻等现象。
论文以广西金紫山风电场为例，对风电叶片防冰冻技术进行分析C [Abstract]T he performance of w ind power blades directly determines the overall operation and development benefit of t he wind power plant. However,in its operation,it is often affected by various self^heating disasters,such as ultraviolet radiation,wind sand,rain erosion,etc., especially the phenomenon of w ind power blades being frozen due to low temperature and cold.Taking Jinzishan wind farm in Guangxi as an example,this paper analyzes the anti-freezing technology of w ind power blades.【关键词】风电叶片；防冰冻技术;研究[Keywords]w ind power blades;anti-freezing technology;research【中图分类号1TM315【文献标志码】B[DOI]10.13616/ki.gcjsysj.2019.06.264【文章编号】1007-9467(2019)06-0149-021引言风能是一种可再生的清洁能源，将风能转化为电能进行发电已成为目前各国发电的常见形式。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一、叶片覆冰问题的提出
据湖北能源集团利川风电有限公司的统计数据（2013年～2015年），利川齐岳山地 区的96MW风电场（2MW风机48台）的覆冰期均超过40天/年，因覆冰造成的发电损失达 17.5%设计电量，年发电量损失约2000万千瓦时，直接经济损失约1380万元（按0.69元 /KWh计算），占总发电量的覆冰损失率（平均6.04%），远高于故障损失的损失率（平 均3.49%）。
三、PTFE防覆冰技术的研究内容
11
三、PTFE防覆冰技术的研究内容
研 究 内 容 ： 不仅是在叶片表面结冰或形成覆冰后具有有效的自动脱落功能；更重要的是在叶片 表面形成一层具有自清洁、不粘尘、抗吸湿性、抗吸附性、表面超低张粘附在叶片上结冰或形成覆冰。
湖北山地风场风机叶片防覆冰技术研究
中国三峡湖北能源集团新能源发展有限公司吴光军
一
叶片覆冰问题的提出 防覆冰技术研究动态 PTFE防覆冰技术分析 专利成果及结论
目 录 CONTENTS
二 三 四
一、风机叶片覆冰问题的提出
一、叶片覆冰问题的提出
据中国三峡集团新能源公司的不完全统计，除云贵川地区的风电场外，该公司在东北、西北、 内蒙古、华东等分公司，所属的甘肃张家川天源、安徽桐城桂湾、河北尚义石井、河南社旗、山东 南墅润莱、黑龙江宾县大个子、辽宁调兵山、黑龙江伊春华宇乌伊岭廷河、黑龙江伊春美林、湖北 能源集团利川齐岳山等地区风电场，因覆冰年损失的发电量约一亿千瓦时。
一、叶片覆冰问题的提出
冬季又恰恰是风资源较为丰富的大好时机，这些覆冰程度都相对严重的地区，不存 在风电本地消纳的压力问题，因覆冰导致的电费损失十分惊人，其中，湖北能源集团利 川齐岳山地区风电场最具代表性，年覆冰停机天数约40天。因此，防覆冰技术已经成为 保障风电安全运行的关键技术之一，是风电行业提质增效的一项重要举措。
三、PTFE防覆冰技术的研究内容
（1） PTFE纳米功能复合膜材料的表面性能防抗叶片覆冰研究 ；
（2） PTFE纳米功能复合膜材料的制造技术研究；
（3）PTFE纳米功能复合膜与风机叶片的界面粘接性能研究 ；
三、PTFE防覆冰技术的研究内容
围绕PTFE纳米功能复合膜的设计、制备和施工，主要要突破的核心关键技术，可归纳为 “三原则”我们首先提出采用“单体融合聚合”和“微量聚合”的思路与方法。通过对关键技 术的不断突破，解决了PTFE与特殊织物芳纶材料的单体融合聚合技术难题，并实现了PTFE与芳 纶材料在高温下直接融合而成的PTFE纳米功能复合膜。
二、 防覆冰技术研究动态
二、防覆冰技术研究动态
常用的除覆冰方法有：被动除冰（如机械除冰、液体防除冰、涂层防除冰等）和主动除冰（热气 除冰、微波除冰、电热除冰等）两大类，各种除冰方法的优劣性能比较见表2。
二、防覆冰技术研究动态
方法包括机械除冰、液体防除冰、涂层防除冰、热气除冰、微波除冰、振动除冰、 电热除冰、超声波除冰等多种形式。
四、实效及专利
四、实效及专利
通过特殊工序工艺生产的PTFE膜，满足对风机叶片表面的粘结复合要求，满足风机 叶片表面的防抗叶片覆冰的效果。
This Is The End
由于风电机组叶片的表面积大，材质、形状、环境位置等相对特殊，对防抗覆冰的材 料性质性能和工艺有着特殊严格的要求。表2 中的几种除冰措施、方法及其除冰效果，基 本达不到防抗叶片覆冰的功能要求，进而也难以具有实际的应用价值。通过将聚四氟乙烯 和功能纳米材料制备成具有“自洁效应”的表面改性膜材料，是有望解决风电机组叶片防 抗覆冰材料的最有效措施和方法。