风电叶片防冰除冰技术的研究进展

・２２０・　材料导报　２０１６年５月第３０卷专辑２７　风电叶片防冰除冰技术的研究进展　于洪明，于良峰，游慧鹏，陈江平　（北车风电有限公司风电研究所，济南２５００２２）　摘要　风电作为一种清洁的可再生能源，在我国的电力结构中已经占据了重要的位置，不仅是对常规电力的　补充，随着常规能源的不断消耗，风力发电将会是未来电力发展的一个趋势。然而，安装在寒冷地区或高海拔地区的　风机在冬季运行时面临冰冻气候的考验。详细介绍了结冰气候及覆冰分类和叶片覆冰对风机性能的影响，并概括讨　论了各种防冰除冰技术解决方案，为抗冰冻叶片的开发提供参考。　关键词　结冰气候覆冰分类　叶片防冰除冰技术解决方案　中图分类号：ＴＢ３３２　文献标识码：Ａ　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｎ　Ａｎｔｉ—ｉｃｉｎｇ　ａｎｄ　Ｄｅ－ｉｃｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｗｉｎｄ　Ｔｕｒｂｉｎｅ　Ｂｌａｄｅ　ＹＵ　Ｈｏｎｇｍｉｎｇ，ＹＵ　Ｌｉａｎｇｆｅｎｇ，ＹＯＵ　Ｈｕｉｐｅｎｇ，ＣＨＥＮ　Ｊｉａｎｇｐｉｎｇ　（Ｗｉｎｄ　Ｐｏｗｅｒ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＣＮＲ　Ｗｉｎｄ　Ｔｕｒｂｉｎｅ　ＣＯ．，Ｌｔｄ．，Ｊｉｎａｎ　２５００２２）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｗｉｎｄ　ｐｏｗｅｒ　ａｓ　ａ　ｃｌｅａｎ　ａｎｄ　ｒｅｎｅｗａｂｌｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ｈａｓ　ｇａｉｎｅｄ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ　Ｓ　ｐｏｗｅｒ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｉｔ　Ｓ　ｎｏｔ　ｏｎｌｙ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ　ａｎｄ　ｉｔ　ｗｉｌｌ　ｂｅ　ａ　ｆｕｔｕｒｅ　ｐｏｗｅｒ　ａｓ　ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ｅｎｅ－　ｒｇｙ　ｃｏｎｔｉｎｕｉｎｇ　ｃｏｎｓｕｍｅｄ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅ　ｗｉｎｄ　ｔｕｒｂｉｎｅｓ　ｉｎｓｔａｌｌｅｄ　ｉｎ　ｃｏｌｄ　ａｒｅａｓ　ｏｒ　ｈｉｇｈ　ａｌｔｉｔｕｄｅｓ　ｆａｃｅ　ｔｈｅ　ｆｒｅｅｚｉｎｇ　ｗｉｎｔｅｒ　ｗｅａｔｈｅｒ　ｔｅｓｔ　ａｔ　ｒｕｎｔｉｍｅ．Ｔｈｅ　ｆｒｅｅｚｉｎｇ　ｃｌｉｍａｔｅ　ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｉｃｉｎｇ—ｂｌａｄｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｎ　ｔｕｒｂｉｎｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ａｒｅ　ｄｅ—　ｓｃｒｉｂｅｄ，ａｎｄ　ｖａｒｉｏｕｓ　ａｎｔｉ—ｉｃｉｎｇ　ａｎｄ　ｄｅ－ｉｃｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ　ａｒｅ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ　ａｎｄ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｗｈｉｃｈ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ａ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ａｎｔｉ－ｆｒｅｅｚｅ　ｂｌａｄｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　ｆｒｅｅｚｉｎｇ　ｗｅａｔｈｅｒ，ｉｃｉｎｇ　ｃａｔｅｇｏｒｙ，ａｎｔｉ—ｉｃｉｎｇ　ａｎｄ　ｄｅ－ｉｃｉｎｇ，ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ　

０　引言　近年来，随着人们环保意识的增强以及满足日益增长的　能源需求，风能作为一种清洁的可再生能源，受到世界各国　的重视。我国政府对风电行业的投资力度也在不断加大，截　止到２０１２年一跃成为全球装机容量第一的地位。风电已经　在我国的电力结构占据了重要的位置，不仅是对常规电力的　补充，随着传统化石能源的日益消耗，风电将会是未来电力　发展的一个趋势。然而大量风机安装在寒冷地区和（或）高　海拔地区，在冬季运行时面临冰冻环境的考验。风电叶片结　冰会减小翼型升力、增加阻力，导致叶片转矩下降，影响风机　发电效率。同时，由于覆冰的增加，致使叶片质量分布不平　衡，产生不对称载荷，引发机械故障甚至停机。因此，风机的　抗冰冻问题成为风电技术研究的一个热点，发展风电叶片防　除冰方法对于风机的安全有效运行具有重要的现实意义。　本文综述了结冰气候及覆冰分类和叶片覆冰对风机性　能的影响，介绍并讨论了各种防冰除冰技术方法，为风电叶　片防除冰研究工作提供系统认识和一些参考。　１　结冰气候及覆冰分类　结冰气候地区冬季寒冷，湿度大，风机可能会长时间或　者频繁遭受外界低温或者结冰事件。结冰气候多样且不同　结冰气候经常交替出现，造成叶片结冰形式也随之不同。　ＩＳＯ　１２４９４标准口　中对覆冰机理和覆冰形式等进行了详细的　分类和说明。　依据冰的形成机理，结冰气候分为降水覆冰、云中覆冰　和霜冻覆冰。　降水覆冰是指在降雪和降雨中在叶片表面结冰的过程，　结冰速度较快，所造成的危害也较大，主要包括冻雨和湿雪　两种降水形式。　（１）冻雨：过冷液滴在下降过程中撞击温度低于０℃的　叶片表面，碰撞过程中雨滴首先形成水层，一部分含冰核的　水层立即凝结成冰，而另一部分水层在叶片表面流动并凝结　成冰。冻雨形成的覆冰成为雨凇，如图１所示。雨凇可以均　匀地覆盖叶片全部外表面，与叶片的表面附着力很强，不易　破碎或脱落，冰层的密度较高，达到９００　ｋｇ／ｍ。。通常出现在　温度为一６～Ｏ℃之间的降水过程中。　（２）湿雪：雪花在下降过程中经过温度高于０℃的大气　层而未完全融化便与叶片表面发生碰撞并粘附其上，在叶片　表面形成冰冻体。这种积冰起初质地疏松，很容易清除，但　结成质地坚硬的冰体后就难于清除。这种覆冰主要发生在叶　片的迎风面，通常出现在温度为一３～Ｏ℃之间的降水过程中。　

于洪明：男，１９８０年生，博士，高级工程师，主要从事功能和结构复合材料的研发设计工作Ｅ－ｍａｉｉ：ｙｕｈｏｎｇｍｉｎｇｌ２３＠ｓｉｎａ．ｃｏｒｎ　风电叶片防冰除冰技术的研究进展于洪明等　ｌ冬『１　Ｉ：ｌｑ凇　勾，Ｊ　盥【冬Ｉ　Ｆｉｇ．１　￣ｃｈｃｍｍｉ￣　Ｅａ，￣ｔ。　ｌｎ１　ｏｆ　ｇＩ｛ＩＺ（　ｓｌ　Ｆ／ｔｃＩｕｒＬ，　

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２叶片覆冰对风机性能的影响　

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