新疆金風(fēng)科技股份有限公司工藝工程師史超鋒在設(shè)計優(yōu)化運(yùn)維專場做了題為《風(fēng)電葉片電熱抗冰凍技術(shù)及工程應(yīng)用》的演講。以下為演講內(nèi)容實(shí)錄：

新疆金風(fēng)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(fēng)科技在這幾年風(fēng)電葉片電熱抗冰凍技術(shù)及工程應(yīng)用。主要是背景、工程應(yīng)用和系統(tǒng)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(shù)及工程應(yīng)用。

 

　　我們知道結(jié)冰機(jī)理有溫度、濕度、水蒸氣與物體表面相對運(yùn)動速度。一般雨雪、凍雨等會伴隨結(jié)冰現(xiàn)象。結(jié)冰過程是一個晶核逐漸生長的過程，而葉片在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中與空氣摩擦產(chǎn)生靜電并附著靜電灰。然后結(jié)冰的危害主要有兩個方面，風(fēng)速儀風(fēng)向標(biāo)結(jié)冰，另外是葉片結(jié)冰會導(dǎo)致機(jī)組載荷增大及安全隱患。

 

　　這兩個圖是一個正常的氣流和結(jié)冰的氣流。我們從這個圖中可以看出結(jié)冰機(jī)組的功率比正常機(jī)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(tǒng)計數(shù)據(jù)，這個圖片，我們可以看到結(jié)冰后，葉片在結(jié)冰運(yùn)轉(zhuǎn)中載荷會增大很多。這是我們在現(xiàn)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(jié)冰分布圖，我們可以看出結(jié)冰是一個全球的問題。這是我國的結(jié)冰圖，我們的依據(jù)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(qū)也有，結(jié)冰概率也有。這個區(qū)域應(yīng)該很大，尤其是在云貴川地區(qū)。

 

　　我們金風(fēng)機(jī)組主要是有兩種方式抗冰凍，一種是系統(tǒng)測試，確保機(jī)組的結(jié)冰安全、減少發(fā)電量損失。另外通過加熱除冰，減緩結(jié)冰區(qū)域的程度，減少結(jié)冰機(jī)組發(fā)電量損失。

 

　　金風(fēng)從2014年開始進(jìn)入這個領(lǐng)域，到目前一直在研究，我們從結(jié)冰涂層一直到加熱除冰的樣機(jī)的應(yīng)用。這是一個世界范圍內(nèi)的整機(jī)廠的技術(shù)水平，黑色的是批量應(yīng)用，半黑半白的是有樣機(jī)，白色的是沒有涉及的。最早的公司是西門子，經(jīng)歷了20多年。我們目前可以說和他們水平相當(dāng)，我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了全員加熱，這是2016年的統(tǒng)計，目前實(shí)現(xiàn)了全員加熱的批量應(yīng)用。我們唯獨(dú)沒有的就是熱控制器和除冰涂層，我們已經(jīng)pass掉了。

 

　　然后這個是我們目前有一個除冰方式，然后有機(jī)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(fēng)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(jìn)行一些研究。這個涂料如果做出來之后對現(xiàn)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(shù)的一個原理圖，這個我就不細(xì)說了，可以說一些我們的相關(guān)專利。

 

　　我們重點(diǎn)講一下工程應(yīng)用，這是我們1.5兆瓦樣機(jī)，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(jié)冰傳感器，這邊是電源。這個圖是2016年1月13號一天的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，這邊是風(fēng)速統(tǒng)計圖，這邊是功率的統(tǒng)計圖，這些圖是同一時間同一機(jī)組的圖。風(fēng)速和功率呈正匹配，這個情況下葉片是正常運(yùn)轉(zhuǎn)的。從這個圖中我們可以檢測到結(jié)冰信號，但是機(jī)組還在正常運(yùn)行。這個圖中可以看出搜集到結(jié)冰信號的時候加熱層開始啟動，葉片表面溫度比環(huán)境溫度和結(jié)冰傳感器上搜集到的都高，高5—10度左右。這是我們2.0機(jī)組的一個樣機(jī)，裝備都差不多。

 

　　這是一個結(jié)冰期，2月9號到11號的運(yùn)行數(shù)據(jù)，我們可以看出結(jié)冰機(jī)組，藍(lán)色和綠色線代表結(jié)冰機(jī)組，紅色是除冰機(jī)組，我們看到只有除冰機(jī)組在運(yùn)行，結(jié)冰機(jī)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(jīng)上升了。這天應(yīng)該是晴天，葉片表面溫度已經(jīng)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(jī)組都開始運(yùn)行，但是在結(jié)冰期的時候結(jié)冰機(jī)組是沒有運(yùn)行的。

 

　　工程應(yīng)用，這是去年工廠做的一個改造，這是我們的一些參數(shù)。這是我們現(xiàn)場改造的一些圖片，這就是我們改造完機(jī)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(huán)境溫度，我們看到環(huán)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(fēng)速和功率的匹配圖，我們可以看出在達(dá)到額定風(fēng)速的時候，我們的功率是有顯示的，結(jié)冰機(jī)組沒有顯示，我們是有功率輸出的，而結(jié)冰機(jī)組沒有。這是我們在四川一個風(fēng)場的2.0的批量應(yīng)用。

 

　　我們在除冰機(jī)組的研發(fā)上，我們都做了自主研發(fā)，從材料、系統(tǒng)到整體的研發(fā)，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(tǒng)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(jīng)10年投入精力做出來的一個有知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品。這個產(chǎn)品有什么特點(diǎn)呢？就是在某個點(diǎn)發(fā)生斷裂的時候，只是在某個點(diǎn)失去了加熱控點(diǎn)，其他地方是完整的，可以說是自修復(fù)的產(chǎn)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(jīng)濟(jì)。這是我們的加熱膜的特點(diǎn)，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(jié)冰除冰試驗。這是我們改造完一個機(jī)組，對它表面進(jìn)行溫度檢測的示意圖。我們可以看到15分鐘溫升可以達(dá)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(shè)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(jī)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(jìn)行后面的一些優(yōu)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(jìn)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(yù)制的除冰涂層的運(yùn)行中是一個很大的市場。

 

　?。▋?nèi)容來自現(xiàn)場速記，未經(jīng)本人審核）