风电叶片除冰技术的研究进展

《风电叶片除冰技术的研究进展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、万方数据风电叶片除冰技术的研究进展2014年1月王伟+，侯学杰，管晓颖，黎华(中船重工集团公司第七二五研究所，洛阳双瑞风电叶片有限公司，洛阳471039)摘要：风能作为替代世界传统能源的清洁能源之一，近几年来已在我国发展迅猛。我国已建或规划建设的风场，大多处在高山及边疆区域，风电机组必然面临覆冰的考验。风电叶片覆冰严重影响风电叶片的气动性能、栽荷和功率输出。本文概括阐述了叶片表面覆冰起因、覆冰区域及覆冰危害，并概括讨论了各种除冰方法。关键词：风电叶片；除冰技术；研究进展中图分类号：TB332文献标识码：A文章编号：1003—0999(2014J01—009

2、0—05风能是一种清洁可再生的能源，取之不尽，用之不竭。随着煤、石油、天然气等传统化石能源Ft益耗尽，风能的开发和利用得到了人们越来越多的重视，已成为新能源领域中最具商业化价值的项目之一‘1’2j。风电叶片是风力发电机组的动力源泉，是风电发电机组的关键部件之一，叶片状态的好坏直接影响到整机的性能和发电效率∞J。风力发电机组一般安装于高山及边疆区域，风电叶片表面经常会出现覆冰现象，导致叶片的性能以及风力发电机组功率输出无法达到设计要求。覆冰问题已经成为影响风力发电机安全运行的严重隐患之一，开展防覆冰研究已经成为保证风力发电机组安全运行的关键技术之一。目前，除

3、冰技术的研究主要集中于航空、航海、电力和交通部门；特别是在飞行器表面及输电线路除冰领域，世界各国已开展了广泛的研究M。J。但是，目前还没有成熟的风电叶片除冰技术，对于表面严重覆冰的风电叶片，一般采用停机处理。国内这方面工作尚处于摸索阶段，并且大多借鉴于飞机机翼和输电电缆除冰的相关研究经验。本文对风电叶片覆冰起因、覆冰区域、覆冰危害及各种除冰技术进行了简单叙述。l叶片覆冰起因风力发电机组一般设在高山及边疆地区，这些地方冬季寒冷，湿度大。在高湿、低温环境中存在着大量低于冰点的过冷小水滴，此时的过冷水滴处于亚稳定状态。当叶片在覆冰云层中转动时，这些过冷液滴在下落

4、过程中撞击到风电叶片表面后会变成球缺状，碰撞作用会使液滴受到扰动，在液滴中会形成自发长大的冰核，同时液滴的过冷状态也会消失，此时液滴温度迅速回到平衡覆冰温度0。C附近，并且水滴迅速开始冻结，冻结从水滴边缘开始迅速扩散到水滴顶部，使得过冷水滴在接触表面迅速转变为稳定状态的冰一J。目前大多数叶片以环氧玻璃钢或不饱和聚酯玻璃钢为主要材料，一般要求其使用寿命大于20年。实验数据表明：在没有外界因素破坏的情况下，风电叶片使用寿命完全可以达到20年。为了最大程度的减少外界侵蚀，风电叶片一般采用聚氨酯涂料体系作为叶片表面涂层【8J。冰是少数能够粘附在大多数已知聚合物上的

5、物质，其中聚合物包括硅树脂、氟碳树脂、聚氨酯树脂和聚四氟乙烯树脂。当前风电叶片涂层体系大多数为聚氨酯树脂体系，因此风电叶片在低温、高湿的环境中运行或静止时，叶片表面不可避免的会出现覆冰现象。2叶片覆冰区域目前，学术科研领域及生产应用领域都对于风电叶片覆冰区域进行过相关研究。早期风电叶片覆冰区域研究大多采用现场实验的方法。Bose等在1992年对处于寒冷气候中的双叶片水平轴风力机覆冰情况进行了实际测量并指出风力机桨叶翼型的积冰分布。实验结果表明：风电叶片前缘是覆冰最严重区域，且位置越往尖部，相对线速度越大，覆冰情况越严重¨0’⋯。Dalili等研究发现，过冷

6、水或雾霜气流在叶片上的停滞点位于前缘，该区域较其他收稿日期：2013-03—17本文作者还有林明。作者简介：王伟，男，硕士，主要从事复合材料方面的研究，weiwan9888@126．COrn。FRP／CM2014。No．1万方数据2014年第1期玻璃钢／复合材料9l区域的覆冰严重¨2I。邓晓湖等通过计算流体力学(CFD)的方法对水平轴风力机桨叶翼型的霜状积冰进行了数值模拟。模拟发现：在前缘附近由于撞击到叶片表面的水滴会立即冻结，产生的覆冰在该区域具有最大厚度，并且由于翼型前沿的绕流，水滴大部分凝结在翼型的下部¨3I。在叶片覆冰区域预测方面，所有文献结果趋势

7、一致，表明预测结果的正确性。预测结果对风力机组除冰技术研究具有一定的指导意义，同时也可以在此基础上对风电叶片在恶劣条件下危害性进行研究。3叶片覆冰危害低温条件下，风电叶片表面覆冰已成为长期困扰风力发电机冬季正常运转的主要因素。首先，严重覆冰会导致风力发电机停机，降低发电机组的发电量，造成大量的能量损伤。例如：瑞典调查数据显示某风场在1998～2003年之间一共停机维修1337次(一共造成161523h的能量损失)，其中92次停机事故是由于低温气候造成的(8022h的能量损伤)；在低温气候造成的停机事故中只有8％(669h的能量损伤)是由于气温过低造成的，而

8、大部分(7353h的能量损伤)是由于叶片覆冰造成的停机维护¨4I。