中材科技風(fēng)電葉片股份有限公司高級(jí)工程師牟書香出席“第五屆中國風(fēng)電后市場專題研討會(huì)”， 在葉片改造修復(fù)與回收利用專題論壇，分享題為“防除冰技術(shù)在葉片上的應(yīng)用”的主旨演講。

　　牟書香：大家好，我的匯報(bào)主要分為下面幾個(gè)部分，首先我們來看一下全球的葉片覆冰的現(xiàn)狀，從全球風(fēng)場裝機(jī)的情況看，歐美、北美、亞洲都存在結(jié)冰嚴(yán)重的切斷，歐洲及北美面積一半的面積左右，每年有長達(dá)一半的冬季，預(yù)測2020年覆冰地區(qū)達(dá)123GW的強(qiáng)度。

　　根據(jù)氣象結(jié)冰的時(shí)間占全年占比的情況，百分比以及對(duì)機(jī)組發(fā)電量的影響，將覆冰的等級(jí)分5個(gè)等級(jí)，最輕微的像一級(jí)對(duì)發(fā)電量的影響達(dá)到了0.5%，比較嚴(yán)重的等級(jí)發(fā)電量影響達(dá)到20%。這個(gè)是內(nèi)陸、沿海以及高原地區(qū)在不同的低溫情況下的結(jié)冰嚴(yán)重情況及大概的占比。

　　對(duì)于葉片的覆冰情況它主要是集中在葉片的前緣，而且是從葉根到葉間覆冰量有不斷增大的趨勢。葉片的覆冰類型主要有兩種，一種是云內(nèi)結(jié)冰，云內(nèi)結(jié)冰分兩種，一個(gè)是霧淞和雨淞，這種類型講雨淞產(chǎn)生的凍雨比較嚴(yán)重，內(nèi)部的強(qiáng)度和物體的粘接強(qiáng)度比較大，對(duì)機(jī)組的為企業(yè)比較大，霧淞造成的雨雪結(jié)冰的情況也稍微輕微一點(diǎn)。

　　葉片覆冰對(duì)機(jī)組產(chǎn)生了非常大的危害，首先發(fā)電量的影響，覆冰嚴(yán)重的是產(chǎn)生20%的發(fā)電量的影響，嚴(yán)重的要停機(jī)。

　　另外是對(duì)葉片和機(jī)組性能的影響，覆冰之會(huì)使機(jī)組的翼型升力下降，升組比較小，葉片提前進(jìn)入失效區(qū)，另外是氣動(dòng)載荷分布不均勻，另外葉片災(zāi)面鋼度增大，耐疲勞性降低，第三是機(jī)組脫落的時(shí)候?qū)C(jī)組的人員和設(shè)施產(chǎn)生安全隱患。

　　第三個(gè)介紹一下目前主流葉片除冰技術(shù)的進(jìn)展，目前商業(yè)化葉片除冰的技術(shù)有三種：

　　第一個(gè)是防覆冰涂層的技術(shù)，是在表面構(gòu)成疏水表面和防冰的表面，降低冰的附著力。

　　這種特點(diǎn)是成本比較低，施工比較簡單，不需要考慮防雷的問題，缺點(diǎn)是涂層來說初期對(duì)發(fā)電量的提升有輕微的影響，在除冰的初期發(fā)電量可以提升0.1%-0.2%，但是防護(hù)的性能是下降的，這種情況下說單一的涂層做防覆冰不太現(xiàn)實(shí)，應(yīng)該是結(jié)合其他的防覆冰的方法實(shí)施。

　　第二種防覆冰的技術(shù)是在葉片的內(nèi)腔當(dāng)中形成熱分的管道，通過熱風(fēng)的方式從葉中到葉間通過熱氣的循環(huán)，通過熱量加熱葉片的結(jié)構(gòu)，將熱量傳遞到葉片表面進(jìn)行除冰。

　　第三種是電熱防除冰的技術(shù)，這種特點(diǎn)是將各種電熱元件嵌入葉片當(dāng)中，除冰的效率比較高，像西門子這些都有防覆冰的策略，像其他的一些機(jī)構(gòu)都有提供了防覆冰的一些方案。

　　VTT技術(shù)是采用碳纖維作為材料進(jìn)行電熱除冰，目前是裝機(jī)量最多的技術(shù)，這個(gè)是Nordex的技術(shù)，聲稱發(fā)電量可以提升8%以上。這個(gè)是WinWinD的一個(gè)技術(shù)，技術(shù)的特點(diǎn)可以快速除冰，低溫到高溫的情況下只需要幾分鐘。

　　這個(gè)是Aerospace，通過電熱腔的方式貼在葉片的表面，進(jìn)行加熱除冰的方式。這個(gè)是西門子的技術(shù)，采用碳粘膜的技術(shù)進(jìn)行除冰，還有一些其他的防覆冰的技術(shù)，其中有氣囊的除冰技術(shù)，在表面附著氣囊，利用氣囊膨脹碎冰，這種技術(shù)只能在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行驗(yàn)證，目前沒有實(shí)際應(yīng)用過。

　　其他人提出的設(shè)想是在葉片前緣和后冰造一些微小的孔，然后通過外緣進(jìn)行除冰，目前沒有應(yīng)用。這個(gè)是在葉片的前緣的部分用高分子的導(dǎo)電材料，利用這個(gè)導(dǎo)電加熱除冰，這個(gè)據(jù)說已經(jīng)進(jìn)行了一個(gè)樣機(jī)的驗(yàn)證。

　　這個(gè)是另外一種技術(shù)，采用碳納米管薄膜的防覆冰技術(shù)，是在葉片的表面先粘一層高分子薄膜，然后在葉片表面噴涂碳納米管，通過碳納米管通電導(dǎo)熱進(jìn)行除冰。另外也有人提出了微波除冰的方式，是在葉片的空腔當(dāng)中形成微波的波導(dǎo)，葉片也有碳納米離子，利用碳納米離子進(jìn)行發(fā)熱除冰。這是超聲波導(dǎo)結(jié)合振動(dòng)的風(fēng)電葉片防/除冰的技術(shù)。

　　下面介紹一下中材葉片電熱除冰的技術(shù)，這是我們電熱除冰的一個(gè)系統(tǒng)，主要分為幾個(gè)部分，一個(gè)是葉片的加熱系統(tǒng)，還有從主機(jī)的角度有一個(gè)供電、配電的系統(tǒng)，除冰的配電系統(tǒng)，除冰的檢測系統(tǒng)，葉片加熱系統(tǒng)里面有葉片加熱系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，通過這幾部進(jìn)行相互的作用，主要是通過結(jié)冰傳感器檢測溫度、濕度的數(shù)據(jù)，軟化傳遞給PLC系統(tǒng)，PLC又傳遞到葉片加熱系統(tǒng)除冰，葉片加熱系統(tǒng)有像溫度傳感器的系統(tǒng)，進(jìn)行溫度的檢測，實(shí)施到主機(jī)的系統(tǒng)當(dāng)中，當(dāng)溫度超過限制的時(shí)候進(jìn)行斷電。

　　我們采用的加熱材料有兩種，一種是高分子電熱膜，我們是源于地板上采用的材料，用于葉片當(dāng)中，第二個(gè)玻纖和碳纖，設(shè)置的碳玻混雜的織物。另外我們對(duì)風(fēng)場的情況還有在功率密度下的除冰效果建立了功率密度的除冰模型，我們通過實(shí)際實(shí)驗(yàn)的方式結(jié)合，確定了特定風(fēng)場電熱材料的功率密度。 這個(gè)是電熱材料的布局，主要是覆蓋葉覆冰的前緣，通過分區(qū)布置的方式。對(duì)于電熱材料需要考慮防雷的問題，我們在電熱材料外表面鋪設(shè)面積比較大的避雷金屬網(wǎng)，這樣在遭受累計(jì)的時(shí)候，雷電流可以通過電熱材料外面的金屬網(wǎng)把雷電導(dǎo)入地下，降低對(duì)業(yè)頻的損傷。

　　監(jiān)控系統(tǒng)我們主要是在電熱材料這一層設(shè)置溫度傳感器，溫度傳感器相應(yīng)的一個(gè)區(qū)設(shè)置多個(gè)溫度傳感器，有備用的，將溫度傳感器的信號(hào)導(dǎo)到控制系統(tǒng)當(dāng)中，與主機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行連接。我們采用的防除冰的風(fēng)電葉片是一體灌注成型的，這是我們特定地區(qū)的工廠做的實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證防覆冰的效果。為了驗(yàn)證防覆冰的材料對(duì)葉片是不是有影響，以及可靠性，還有進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，疲勞實(shí)驗(yàn)之后證明電阻沒有變化，也沒有出現(xiàn)分層的現(xiàn)象，證明對(duì)疲勞性是沒有影響的。這個(gè)我們2016年做的兩套56.8米的葉片，一套是基于高分子電熱膜的，一個(gè)是談玻混電熱織物的系統(tǒng)，這是56.8米2016-2017年冬季的運(yùn)行情況，在最低溫度為-6度的覆冰環(huán)境中，葉片防/除冰加熱系統(tǒng)開啟后，葉片表面溫度快速上升，葉片表面冰層融化或維持在一定溫度范圍，葉片表面將不再覆冰，覆冰期間樣機(jī)的風(fēng)速和功率關(guān)系是正常的，而其他附近機(jī)組在相同時(shí)段因?yàn)楦脖鶉?yán)重而停機(jī)。我們客戶通過統(tǒng)計(jì)，在一次3天的覆冰期，防/除冰葉片樣機(jī)機(jī)組相比其他停機(jī)機(jī)組多發(fā)了約4萬度電。

　　目前我們這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在54米的葉片進(jìn)行小批量的推廣，目前制作了將近40套的量。這就是我的回報(bào)。

　　謝謝大家。

　　（根據(jù)發(fā)言整理，未經(jīng)本人審閱）