杨广福
四川省能投会东新能源开发有限公司 四川615200
摘要：风力发电是对当前能源结构的有效补充，其在整个电力供应中的占比在逐年增加，而风电机组受使用环境的影响，在寒冷地区其叶片容易出现结冰的情况，对机组的运行产生较大的影响。针对这种情况，本文分析了风电机组叶片结冰的原因，提出了具体的预防措施以及除冰措施，对保证风电机组在寒冷地区的稳定运行有重要意义。
关键词：风电发电机组；叶片；防冻；除冰
1风电机组覆冰分析
1.1覆冰的危害
风机叶片覆冰后，其翼型会出现不规则的变形情况，使得叶片表面的高度不均匀，表面的粗糙度增大，导致叶片旋转时的阻力增大，气动性下降，最终使得风机发电效率下降。此外，叶片覆冰会增加相关零部件的工作负荷，由于覆冰的不均匀性，使得叶片上的质量不平衡，容易使叶片出现较大幅度的振动，进而损害叶片，影响风电机组发电的稳定性。
1.2覆冰原因
风力发电机组在选址时通常需要选择风力资源较为丰富的地区，但这些地区在冬季温度较低并且空气中的湿度较大，受两种因素的影响，冬季很容易出现冰点较低并且浓度较大的溶液滴，其冰点低于水的冰点，这些液滴通常处于液态并且不会冻结，不过这些溶液滴的状态并不稳定，当风电机组的叶片处于湿度大并且容易结冰的环境中时，叶片表面就容易出现不同程度的覆冰情况。
1.3叶片覆冰类型
不同的区域，其环境条件有所差异，使得空气中过冷却水滴的特性也不一致，导致覆冰的特性与形状并不相同。在不同的区域环境以及气候环境中，覆冰的种类大致有以下三种：
（1）按冰层不同的表面形状分，有雾凇、雨凇、混合淞以及湿雪四种；（2）按冰层的形成机理分，有凝华覆冰、云中覆冰以及降水覆冰三种；（3）按冰层在物体表面增长特性分，有湿增长和干增长两种。
1.4导致叶片覆冰的因素
导致风电机组叶片覆冰的原因主要有两种，分别为环境因素与自身因素，其中环境因素影响最大。环境因素包括风速、温度以及湿度等，环境参数的不同对叶片覆冰情况的影响也不同。环境因素的影响具体有以下几点：
当风机运行环境的温度低于零度时，如果温度继续下降，达到冻结温度时，风机的叶片就会出现覆冰的情况。（2）如果空气中的相对湿度超过85%时，风机的叶片也容易出现覆冰的情况。（3）当风速介于1m/s到10m/s之间时，在气流的作用下过冷却水滴也会运动，使得风机的叶片会粘附较多的水滴进而出现叶片覆冰的情况。
而影响风机叶片覆冰的自身因素则比较单一，对于风电机组上的扇叶片，其迎风面与背风面的气体运动流场存在较大的差异，迎风面与气流的流动接触更多，从而粘附的水滴更多，因此覆冰情况就比较严重。而叶片的背风面由于流场相对稳定，因此与水滴的接触不多，因此覆冰情况较轻。
2风机叶片覆冰预防措施
2.1溶液防冰
溶液防冰就是在风电机组的叶片表面涂抹防冻液，从而使容易的冰点下降。在实际操作的过程中，通常使用乙醇等防冻液，将其涂抹在叶片上，叶片在转动的过程中，防冰液会和粘附的水滴进行混合，从而降低溶液的冰点。但这种方式持续的时间较短，因此需要不断的进行补充。此外，当温度极低的时候，防冻效果就会明显下降，整体的可操作性与经济性较差。
2.2热能防冰
热能防冰是指利用热能处理风机叶片上的覆冰，通过加热风机上关键的零部件，使其表面的温度升高，从而避免出现覆冰的情况。
现阶段，热能防冰主要采用的电热与气热两种，电热防冰是在对叶片进行加工制作时，便安装相应的防冰装置，使得电能能够转化为热能，进而完成对相关零部件的加热，实现覆冰预防的目标，这种方式是目前应用最广泛的方式。与电热防冰措施相比，气热防冰属于一种间接加热，首先由加热器产生暖风，之后利用鼓风机与风机叶片空腔内的通风管道，将暖风输送到叶片中相应的位置，通过这种热量传递，使风机叶片表面具有一定温度，避免出现覆冰的情况，从而确保风机能够正常运行。
2.3涂层防冰
涂层防冰主要是利用特殊涂料，通过将其涂在叶片上，由于其具有一定的特性，使得冰层与风机叶片之间的粘结力下降，或者能够直接融化覆冰，叶片在工作状态下产生的离心力便能够将覆冰甩掉，从而改善叶片的结冰情况。常用的涂料包括聚四氟乙烯以及有机硅等。通过使用这些涂料，能够使风机的叶片具有较好的防冻效果，并且能够提高抗腐蚀能力，还不会对环境造成污染。但受其特性影响，其具有较强的憎水性，导致会对叶片的粘附性造成影响，当叶片处于高强度运转条件下，涂料的吸附效果会下降，并且涂料容易因老化而导致失效，因此需要频繁的进行修补维护。
3风机叶片除冰措施
3.1机械除冰
机械除冰就是利用机械设备或者人工将风机叶片上的覆冰敲碎，之后采用离心或者震动等方式使冰层脱落。现阶段机械除冰主要还是以人工敲冰为主，虽然比较简单并且实用性较高，但在进行作业时需要将风电机组关闭，并且这种工作方式劳动强度较大。
3.2气动袋除冰
气动袋除冰就是在叶片的前缘安装膨胀带或者膨胀管。当叶片出现覆冰情况时，通过利用膨胀原理，能够震碎风机叶片表面的冰层，使冰层脱落。充气泵、泄压阀、输气管以及膨胀管等是主要的组成部分，利用充气泵使膨胀管膨胀，利用泄压阀使膨胀管收缩，多次重复这个动作后覆冰就能够破碎。这种技术在分机的机翼上得到了很好的利用，而风机工作时的状态与飞机比较类似，因此气动袋除冰的效果较好。
3.3热能除冰
热能除冰与热能防冰的原理基本相同，都是使用热能对重要零部件的表面进行加热，时叶片表明的温度升高，融化叶片表面的覆冰，最终除去叶片表面的覆冰。热能除冰的类型主要有三种，具体如下：
（1）自身散热除冰
叶片除冰系统将发电机所产生的热量进行收集，利用循环系统将获得的热量输送到热片内部，从而达到除冰的效果。但这种方式缺点比较明显，由于风电机组的叶片体积与厚度较大，当环境气温较低时，发电机产生的热量相对较少，从而不能够完全的将覆冰融化，导致叶片表面的覆冰不均匀，影响叶片的正常工作，整体除冰效果较差。
（2）叶片微波除冰
通过使用微波对热片进行加热，使得冰层在叶片上的粘附力下降，之后覆冰在重力与叶片离心力的作用下便会从风机叶片上脱落，从而能够有效的除冰。但叶片微波除冰也有一定的局限性，如果想要达到较好的除冰效果，就需要安装大量的微波装置，不仅增加了工作强度，同时也会增加设备的安装与维护成本，而如果安装的数量达不到要求，会使得叶片的除冰效果得不到保证，进而可能使叶片受到损害，影响风机的正常运行。
（3）金属网电加热除冰
通过将电加热装置和防雷金属网安装到叶片的表面，利用电能所产生的热，进而完成叶片的除冰作业。风机叶片出现覆冰的情况时，启动电机热装置，使热片的覆冰融化。这种方式的缺点是需要将加热装置安装到风机的表面，因此会影响风机的正常运行并损坏叶片，增大了出现故障的概率，使得后期的叶片维护工作难度较大。
4结语
对于寒冷地区，为了能够使风电机组正常运行，必须对风机的叶片进行除冰作业，而不同的覆冰预防措施与除冰措施都有各自的有点，因此风电场在进行选择时需要考虑具体的情况，通过采取合理的方式，降低覆冰对风机正常运行的影响。
参考文献
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