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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。 外部电加热方案[5]是在叶片外部贴上导电器件, 如导电膜 (图 2) 等,在叶片结冰时或者结冰后,通电提高叶片表面温度,从而避免结 冰或者融冰。 3.2 内部通热风 Enercon 首创了该除冰方案,在叶根靠近法兰的筋板上安装暖风 机(如图 3) ,热风流动通过筋板的引导,沿着前缘流向叶尖,再回 到两筋板之间 (见图 4) 。 利用这种方式加热, 叶片内部最高可达 72℃, 除冰效率高。 3.3 组合除冰方案 将两种或两种以上除冰方案组合, 以此来实现各方案的优缺点互 补。Enercon E-126 7.5MW 风机叶片叶根、叶中段粘贴电加热膜,叶 尖采用热风加热(原理如图 5) 。 4 各种方案优缺点分析 综合对比以上各种防冰、除冰方案,其优缺点对比见表 1。 5 结语 (1)风电行业的发展前景广阔,但风机叶片结冰缺乏有效的解决 方案,一定程度上阻碍了风电的发展。研究叶片除冰、防冰方案,有 利于推动风电行业健康有序的发展。 (2)采用抗结冰油漆(疏水涂料)方式是经济性最好的可行方案。 研究抗结冰性能更好的涂料,是解决风机叶片的首选方案。 (3)对于主动式除冰方案, 尤其是 Enercon 的组合方案, 其高效率、 低风险,也是叶片除冰方案的发展方向之一。 (4)随着新技术的产生与发展,会有更多新科技用于叶片防冰、 除冰,如微波除冰、导电油漆、金属镀膜等方案。 参考文献 [1] Hom

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