新疆金風科技股份有限公司工藝工程師史超鋒在設計優化運維專場做了題為《風電葉片電熱抗冰凍技術及工程應用》的演講。以下為演講內容實錄：

新疆金風科技股份有限公司工藝工程師史超鋒
 

　　下面我向大家介紹一下金風科技在這幾年風電葉片電熱抗冰凍技術及工程應用。主要是背景、工程應用和系統方案。前兩個我們可以簡單過一下，主要介紹一下電熱抗冰凍技術及工程應用。

 

　　我們知道結冰機理有溫度、濕度、水蒸氣與物體表面相對運動速度。一般雨雪、凍雨等會伴隨結冰現象。結冰過程是一個晶核逐漸生長的過程，而葉片在運轉過程中與空氣摩擦產生靜電并附著靜電灰。然后結冰的危害主要有兩個方面，風速儀風向標結冰，另外是葉片結冰會導致機組載荷增大及安全隱患。

 

　　這兩個圖是一個正常的氣流和結冰的氣流。我們從這個圖中可以看出結冰機組的功率比正常機組的功率會降低很多。大概是在1100，正常功率在1500。這是我們的一個統計數據，這個圖片，我們可以看到結冰后，葉片在結冰運轉中載荷會增大很多。這是我們在現場搜集到一些落冰的冰塊，大小可以直接到5公分。這是一個全球的結冰分布圖，我們可以看出結冰是一個全球的問題。這是我國的結冰圖，我們的依據是溫度小于2度、濕度大于95%的分布。也就是說我們在濕度低于95%的地區也有，結冰概率也有。這個區域應該很大，尤其是在云貴川地區。

 

　　我們金風機組主要是有兩種方式抗冰凍，一種是系統測試，確保機組的結冰安全、減少發電量損失。另外通過加熱除冰，減緩結冰區域的程度，減少結冰機組發電量損失。

 

　　金風從2014年開始進入這個領域，到目前一直在研究，我們從結冰涂層一直到加熱除冰的樣機的應用。這是一個世界范圍內的整機廠的技術水平，黑色的是批量應用，半黑半白的是有樣機，白色的是沒有涉及的。最早的公司是西門子，經歷了20多年。我們目前可以說和他們水平相當，我們已經實現了全員加熱，這是2016年的統計，目前實現了全員加熱的批量應用。我們唯獨沒有的就是熱控制器和除冰涂層，我們已經pass掉了。

 

　　然后這個是我們目前有一個除冰方式，然后有機械除冰、熱力除冰，下面是人工除冰、超聲波除冰，碳纖維加熱除冰和熱空氣除冰，我們主要研究的是碳纖維加熱除冰。這是幾種除冰方式的對比，我們可以從除冰類型可以看出只有涂料除冰是被動方式，目前沒有一個涂料可以做到有效地在風場除冰，但是在未來可以這么說，讓在座的各位有研究這方面的進行一些研究。這個涂料如果做出來之后對現場改造非常大，而且市場非常大。

 

　　然后這個電熱抗冰凍主要研究者有西門子、Vestas等等。這是我們電熱抗冰凍技術的一個原理圖，這個我就不細說了，可以說一些我們的相關專利。

 

　　我們重點講一下工程應用，這是我們1.5兆瓦樣機，上面是除冰的接合，下面是葉片上帶的控制器，這邊是加了一個白色的結冰傳感器，這邊是電源。這個圖是2016年1月13號一天的統計數據，這邊是風速統計圖，這邊是功率的統計圖，這些圖是同一時間同一機組的圖。風速和功率呈正匹配，這個情況下葉片是正常運轉的。從這個圖中我們可以檢測到結冰信號，但是機組還在正常運行。這個圖中可以看出搜集到結冰信號的時候加熱層開始啟動，葉片表面溫度比環境溫度和結冰傳感器上搜集到的都高，高5—10度左右。這是我們2.0機組的一個樣機，裝備都差不多。

 

　　這是一個結冰期，2月9號到11號的運行數據，我們可以看出結冰機組，藍色和綠色線代表結冰機組，紅色是除冰機組，我們看到只有除冰機組在運行，結冰機組功率基本上為零。我們也可以看出溫度都差不多。從這個開始就沒有加熱程序在啟動，溫度已經上升了。這天應該是晴天，葉片表面溫度已經上來了。我們可以看出在沒有加熱程序的時候，溫度上升了，三個機組都開始運行，但是在結冰期的時候結冰機組是沒有運行的。

 

　　工程應用，這是去年工廠做的一個改造，這是我們的一些參數。這是我們現場改造的一些圖片，這就是我們改造完機組后，也是搜集了一個溫度曲線圖，上面波浪形的是葉片表面溫度，下面那個是環境溫度，我們看到環境溫度在5度以下，我們的葉片溫度可以在5度左右。

 

　　這個也是我們的風速和功率的匹配圖，我們可以看出在達到額定風速的時候，我們的功率是有顯示的，結冰機組沒有顯示，我們是有功率輸出的，而結冰機組沒有。這是我們在四川一個風場的2.0的批量應用。

 

　　我們在除冰機組的研發上，我們都做了自主研發，從材料、系統到整體的研發，我們具備除冰葉片的整體解決方案。我們下面主要介紹一下葉片加熱系統的解決方案。

 

　　這是我們的一個二代的加熱芯片，我們之前的一代芯片是沒有碳纖維的，這是我們劉總，一個年近70的老人歷經10年投入精力做出來的一個有知識產權的產品。這個產品有什么特點呢？就是在某個點發生斷裂的時候，只是在某個點失去了加熱控點，其他地方是完整的，可以說是自修復的產品。我們這個碳纖維膜可以做到300—800瓦的功率，我們的夜間速度非常大，熱量流失也非常大，這樣我們就需要在夜間給它更多的功率。這樣功率控制在很小范圍，除冰效果最大化，而且也比較經濟。這是我們的加熱膜的特點，就不說了。

 

　　這是我們加熱葉片的一個除冰示意圖，這里也不多介紹了。這是我們在一個全輸出的葉片結冰除冰試驗。這是我們改造完一個機組，對它表面進行溫度檢測的示意圖。我們可以看到15分鐘溫升可以達到20度。這個是我們的一個冷凍倉，這是冷凍倉的一些控制設備，這是冷凍倉的外觀。

 

　　下面我也想說一下，我們在加熱抗冰凍機組研究方面，也走過一些彎路，也取得了一些成績。我們也需要進行后面的一些優化。我也希望在座的各位有興趣的可以加入到我們這個行列來進行一些除冰的研究和探索。另外也不要忘了還有一個涂料的除冰，這個如果說有某個同仁將這個做出來之后，對預制的除冰涂層的運行中是一個很大的市場。

 

　　（內容來自現場速記，未經本人審核）