浅析风机叶片结冰的原理和危害.pdf

浅析风机叶片结冰的原理和危害鉴于化石燃料消费对生态环境所造成的负面影响，近些年可再生能源备受关注.其中，技术最成熟的可再生能源风能得到迅速发展。高原、寒冷地区，以及山脊、山顶的风能资源十分丰富，具有很大的开发价值。然而这些地方温度低，海拔高，湿度大，很容易造成叶片结冰,引起风电机组叶片气动性能的变化：一方面会导致叶片过载、叶片载荷分布不均,进而造成风电机组出力下降；另一方面在叶片旋转过程中，当冰层黏着力下降时极易出现冰块脱落，造成运营事故。国际能源机构定义风电寒冷区域为:存在冰冻时间，或者温度低于标准风电机组的操作限度的地区。理论上，任何环境温度不低于—25摄氏度的地区都不会发生有效结冰现象.国际标准组织对大气结冰作如下定义：悬浮或者降落的液滴雨、湿润的雪凝聚在暴露于大气中的物体表面的物理过程.有些地区冬天日照时间长，冰层会迅速消融;而在北方，气象结冰条件结束后,设备上还残存有大量的积冰。一般采用结冰效果指示来描述当地叶片结冰难易和持续度。结冰效果指示可定义为设备结冰周期与气象结冰周期比值。当机组结冰比较严重时,将会导致风电场电量突然下滑,冰冻会造成风速仪、风向标故障或采集的数据误差增大，引起机组出力下降或停机.风速仪、风向标作为采集风速、风向的传感器，为适应低温环境，一般在传感器内部设计有加热装置,在温度低于设定值时自动加热.但加热电路一般仅对传感器的旋转部位加热,当冰冻灾害严重时，风杯和尾舵等部位仍会结冰，使上述不见转动惯量增大，测得的数据和实际值有较大偏差。由风速风向数据和机组的控制有关,因此，该现象会对机组的出力和安全带来很大影响.叶片结冰后会引起载荷增加,影响叶片寿命,而且加载在每个叶片上的冰载不相同，使得机组的不平衡载荷增大，在叶片结冰状态下继续运行会对机组产生非常大的危害，结冰严重时机组不得不脱网停机，使长年处于低温地区的机组利用率大为降低。叶片结冰后，由于叶片每个截面结冰厚度不一样，使得叶片原有的翼型改变，影响风电机组的载荷,机组寿命受到一定的影响.环境温度较高时形成的明冰对翼型气动性能的影响较大,结冰导致翼型升力下降，升阻比减小，最大减小幅度达到61％，同时结冰后的翼型会提前进入失速区,导致桨叶气动性能恶化。叶片结冰后，随着温度升高，冰块就会脱落，会对机组和现场人员造成很大安全隐患.叶片积冰严重时会导致叶片断裂，威胁风电场人员安全；同时叶片覆冰造成机组效率降低，年发电量损失1％—10%，恶劣地区为20％—50%。我公司就在14年的10月11日、12日、30日、31日因为雨雪天气的影响造成风速仪，风向标冻结和叶片覆冰情况，致使机组不能正常发电，损失发电量约134万KWh.因此有必要对叶片结冰机理及其对风电机组的影响进行深入研究,减少风电场建设的不确定性因素,弥补叶片结冰对机组的危害。现在对叶片覆冰的防范工作有很多不过能彻底解决的还要在实践当中论证和完善下面就介绍几种常用的叶片覆冰的防范办法:1、溶液防冰的原理是利用防冰液(例如乙烯乙二醇、异丙醇、乙醇等)与风机叶片表面所收集到的水混合物,由于混合液的冰点大大降低，使水不致在表面结冰。溶液防冰的缺点:(1)有效作用时间短,只能是一种短期防冰办法(2）用量大(3）在严重结冰状况下除冰的效果差属于被动型防护。2、机械除冰，就是用机械方法把冰破碎，然后靠气流吹除，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是利用人工击碎覆冰,这属于机械除冰方法中的一种,机械除冰也属于被动型防冰.3、热能防冰就是利用各种热能加热物件，是物体表面温度超过零摄氏度.以达到防冰或除冰的目的.热能防冰都是属于被动型防护.热能防冰的缺点就是要在风机叶片加装一些电器元件和金属器件,这样在雷雨天对机组安全会产生不利因素.4、涂层防冰就是利用特种涂料和化学作用，使冰融化或者减小冰与物件便面的亲和力，从而把冰从表面除去。从原理上来说,涂层防冰应该说是一种理想的防冰方法,因为它属于主动型防护.目前防冰涂料的类型有:丙烯酸类、聚四氟乙烯类、有机硅类.防覆冰涂料的技术指标:（1)防覆冰效果显著。在相同的气象条件或实验条件下,采用防覆冰涂层与未采用防覆冰涂层的物件相比，覆冰厚度减少70%—80%以上。（2）多种防护功能-密封防水、防腐蚀、电绝缘、防覆冰.(3)可靠性高。耐候性好，主动型防护，有效使用寿命大于5年。（4）实施方法简单易行、维修性好，安全、环保。但是现有防冰涂料也存在的一些问题,由于防冰涂料必须具有地表能、强憎水性(材料在空气中与水接触时不能被水润湿的性质）这两种特征，这样就严重影响涂层的其他性能，特别是粘附性.所以说风电机组叶片覆冰成了阻碍风能发展的一个严重因素，大大降低了机组的利用率,也是机组和现场作业人员的一个潜在杀手，解决风机叶片覆冰技术也就具有重大现实意义.