风力发电机叶片几种防覆冰和除冰技术研究及展望

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132丨电力系统装备  2020.20
Operation And Maintenance
电力系统装备
Electric Power System Equipment
2020年第20期
2020 No.20
术, 2015, 34(6): 67.
[3]  钱叶牛, 王志勇, 冯洋, 等.金属氧化物避雷器缺陷的联合检测与状态检修[J].山东农业大学学报(
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由于液态水在低于冰点(0 ℃)时就会发生结冰现象,导致风电机叶片在大雾或者冻雨天气不可避免的就会覆冰。风机叶片覆冰且结冰厚度不均匀、不规则会导致叶片重量增加而平衡失稳,风机叶片的气动外形受到严重影响,叶片失速变得毫无规律,严重情况下会导致风机变桨控制和偏航控制做出错误判断,正常发电无法保证,甚至出现设备损坏事故。因此设法改变叶片材质和改进结构,改进防覆冰和除冰技术,无法通过降低覆冰机率和有效除冰以减少发电损失,保证设备运行安全。
1  风力发电机组叶片覆冰机理分析
1.1  风机叶片结构和材质
风机叶片是风电机组捕获风能的“翅膀”,“翅膀”的空气动力特性决定了风能的利用率高低,叶片的外形和结构特点直接影响风能的转换效率,最终影响发电量。风机叶片横截面形状包括平板型、弧板型和流线型。现在应用的风电机组的叶片一般采用流线型设计。随着风力发电技术日益成熟进步,风电机设计制造越来越朝着大型化方向发展,叶片也变长变大,发电功率也越来越大,美国GE 公司的Haliade-X12 MW 海上风力发电机,单机容量12 ~14 MW ,叶片107 m ,转子直径220 m ,轮毂高度135 m ,叶尖最大高度为260 m 。
制造叶片的材料通常包括木材、金属铝和钢,玻璃钢。木
材叶片成本高难量产不易维护,金属叶片加工复杂,制造周期长,易受腐蚀,玻璃钢叶片克服了前二者存在的缺点,所以规模化工业应用主要选用玻璃钢。叶片材质的机械强度、刚度、硬度、密度等这些因素都影响叶片寿命和功率系数,材料选择包括安全性、经济性、可靠性、耐候性、可处理性等。
1.2  风机叶片覆冰原因分析自愈混凝土
在我国每年的11月至次年的2、3月份大雾及冻雨天气较为多见,风机叶片极易发生覆冰。叶片表面结冰形式主要包括雾凇、雨凇。
雾凇是一种霜,是白不透明粒状结构沉积物,密度一
般为0.25 g/cm 3。风速较大时,
“过冷却雾滴”与0 ℃以下的风机叶片撞击附着形成毛玻璃状密度较大的晶状雾凇;时风速不大时,且冷却水比较少时一般在风机叶片表面形成粒状雾凇。雾凇结构密实,一旦形成就不易脱落和清除,如果结冰过厚过重会造成风机叶片弯折甚至断裂。
超冷却的雨水遇到温度低于0 ℃的风机叶片表面时,就会粘接结冰形成雨凇。雨凇这种冰透明坚硬,密度大约为0.85 g/
cm 3,
一般使整个风机外表面包括叶片、轮毂、机舱、塔筒结冰,就像裹了一层铠甲,并且迎风面和背风面厚度不同,背风面一般厚度大。冬春季我国南方大部、北方尤其海拔较高的山区多会发生雨凇冻害。
[摘    要]冬季我国南方多出现冻雨、北方多现雾凇和雪凇,冰冻造成风电机叶片覆冰造成机组停车,输变电线路和设备受损非常普遍,叶片覆冰冰这在风电发展技术较早的欧洲、北美等地区也同样是难题。叶片覆冰最直接的就是造成机组停运发电量减少,严重的还会造成叶片损坏发生设备和安全事故。目前国内外很多研究机构都在研究防覆冰和除冰技术,主要从叶片结构、材质和覆冰机理出发列举了几种防覆冰和除冰技术的研究应用,提出了一些解决思路和展望。[关键词]风电机叶片;覆
基质稳搬运机器人冰;磁热材料;超疏水纳米材料[中图分类号]TM315    [文献标志码]A      [文章编号]1001–523X (2020)20–0132–02
Research and Prospect of Several Anti-icing and Deicing
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Technologies for Wind Turbine Blades
Zhao Yong-jing
[Abstract ]In winter, freezing rain frequently occurs in southern my country, and rime and snow are more frequent in the north. The freezing causes wind turbine blades to icy, causing unit shutdowns, and damage to transmission and transformation lines and equipment is very common. Blade icing is an earlier technology in wind power development. Europe, North America and other regions are also dif fi cult. The most direct effect of icing on the blades is the reduction in power generation from the shutdown of the unit, and serious damage to the blades and equipment and safety accidents. At present, many research institutions at home and abroad are studying anti-icing and deicing technologies, mainly from the blade structure, material and icing mechanism, enumerating several research applications of anti-icing and deicing technologies, and put forward some solutions and prospects .
[Keywords ]wind turbine blades; ice coating; magnetocaloric materials; superhydrophobic nanomaterials 风力发电机叶片几种防覆冰和除冰技术研究及展望
赵永景
(内蒙古霍林河露天煤业股份有限公司山西分公司,山西太原  030000
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