中材科技風(fēng)電葉片股份有限公司高級工程師牟書香出席“第五屆中國風(fēng)電后市場專題研討會”， 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，我的匯報主要分為下面幾個部分，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，每年有長達一半的冬季，預(yù)測2020年覆冰地區(qū)達123GW的強度。

　　根據(jù)氣象結(jié)冰的時間占全年占比的情況，百分比以及對機組發(fā)電量的影響，將覆冰的等級分5個等級，最輕微的像一級對發(fā)電量的影響達到了0.5%，比較嚴(yán)重的等級發(fā)電量影響達到20%。這個是內(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)部的強度和物體的粘接強度比較大，對機組的為企業(yè)比較大，霧淞造成的雨雪結(jié)冰的情況也稍微輕微一點。

　　葉片覆冰對機組產(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。

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

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

　　第一個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。

　　這種特點是成本比較低，施工比較簡單，不需要考慮防雷的問題，缺點是涂層來說初期對發(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，應(yīng)該是結(jié)合其他的防覆冰的方法實施。

　　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行除冰。

　　第三種是電熱防除冰的技術(shù)，這種特點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行電熱除冰，目前是裝機量最多的技術(shù)，這個是Nordex的技術(shù)，聲稱發(fā)電量可以提升8%以上。這個是WinWinD的一個技術(shù)，技術(shù)的特點可以快速除冰，低溫到高溫的情況下只需要幾分鐘。

　　這個是Aerospace，通過電熱腔的方式貼在葉片的表面，進行加熱除冰的方式。這個是西門子的技術(shù)，采用碳粘膜的技術(shù)進行除冰，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)只能在實驗室進行驗證，目前沒有實際應(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，然后通過外緣進行除冰，目前沒有應(yīng)用。這個是在葉片的前緣的部分用高分子的導(dǎo)電材料，利用這個導(dǎo)電加熱除冰，這個據(jù)說已經(jīng)進行了一個樣機的驗證。

　　這個是另外一種技術(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，利用碳納米離子進行發(fā)熱除冰。這是超聲波導(dǎo)結(jié)合振動的風(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系統(tǒng)，主要分為幾個部分，一個是葉片的加熱系統(tǒng)，還有從主機的角度有一個供電、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)，進行溫度的檢測，實施到主機的系統(tǒng)當(dāng)中，當(dāng)溫度超過限制的時候進行斷電。

　　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，第二個玻纖和碳纖，設(shè)置的碳玻混雜的織物。另外我們對風(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，我們通過實際實驗的方式結(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)，這樣在遭受累計的時候，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)的一個區(qū)設(shè)置多個溫度傳感器，有備用的，將溫度傳感器的信號導(dǎo)到控制系統(tǒng)當(dāng)中，與主機的控制系統(tǒng)進行連接。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)的工廠做的實驗，驗證防覆冰的效果。為了驗證防覆冰的材料對葉片是不是有影響，以及可靠性，還有進行疲勞試驗，疲勞實驗之后證明電阻沒有變化，也沒有出現(xiàn)分層的現(xiàn)象，證明對疲勞性是沒有影響的。這個我們2016年做的兩套56.8米的葉片，一套是基于高分子電熱膜的，一個是談玻混電熱織物的系統(tǒng)，這是56.8米2016-2017年冬季的運行情況，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，覆冰期間樣機的風(fēng)速和功率關(guān)系是正常的，而其他附近機組在相同時段因為覆冰嚴(yán)重而停機。我們客戶通過統(tǒng)計，在一次3天的覆冰期，防/除冰葉片樣機機組相比其他停機機組多發(fā)了約4萬度電。

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

　　謝謝大家。

　　（根據(jù)發(fā)言整理，未經(jīng)本人審閱）