余兵
四川省成都市 610000 中广核新能源控股有限公司四川分公司
摘要：随着社会的进步，我国的风力发电也在迅猛发展，风力发电的装机容量已经到了2.1亿千瓦，是我国发电机容量的9.7％，但是，还存在一些影响因素，致使风机发电量损耗了近277亿千瓦时。本文通过对风电机组叶片的防覆冰技术进行仔细的研究，对风电机组叶片产生的不利因素分析并制定出了解决措施。
关键词：风力发电；覆冰现象；解决方案
1风机叶片覆冰概述及实例分析
风机叶片在冬季会有冰冻的现象，这种现象会在0℃以下出现，尤其是遇到潮湿的空气、雨雪天气或是冷却水滴等情况会更严重，寒冷天气的风速是由低到高之间的转换，在这期间风机叶片会结冰，导致风机叶片负重运行，输出降低。
1.1风场环境及实例分析
在2019年，某风电场区域出现了雨夹雪，天气十分恶劣，平均风速达到了10m/s，室外温度在零下摄氏度，当晚的值班人员发现几台风力发电机正常连接到电网并以10m/s的风速发电时，出现了脱机并接连待机的情况。监控的画面没有显示出故障。1分钟后自动启动，然后脱离并待机；检查其他风机参数，尤其是振动和风速的运行是否正常；值班人员又发现了其他风力发电机先后出现了类似的现象，风力发电机功率与风速不相符，初步判断风机叶片出现了覆冰。为了防止覆冰对风电机组造成伤害，所以将叶片冰覆风机一一关闭，以保证风电机组在极端严寒天气正常运转。后来气温在逐渐回升，风机的覆冰现象有所好转，冰雪开始慢慢融化，管理人员在路边做好了防范措施，设置醒目的警告标志，在检查风机没有任何异常后全部正常运行。
1.2风场覆冰叶片影响
覆冰现象发生后，应急处置果断，风机停运，人、机均未造成损伤，但受此次覆冰现象的影响，造成了240万kW·h电量的浪费。
2风机叶片覆冰危害
风场覆冰现象究其原因，可以发现叶片覆冰的危害主要有以下几点：
2.1人身安全
在风轮旋转过程中，覆冰的叶片会掉在叶片表面，对居民的人身以及财产安全有一定的威胁，尤其是在道路和居民区附近，这更可能引起事故。由于行人经过风力发电机区域的安全意识较低，在风力发电机叶片下行走时，受他们的好奇心驱使，无法迅速通过危险区域，这增加了降冰和伤害人员的可能性。
2.2设备安全
叶片结冰时，由于覆冰的面积大小不同，导致在叶片的结构与质量上出现偏差，致使叶片、轮毂，齿轮箱和装置其他部件的振动增加，超过叶片的疲劳负荷。与风机的出厂设计大相径庭，相对缩短了风机的使用年限，在以后的运行期间，增加了风机出现故障的频率，同时，叶片覆冰产生的冰载影响了叶片的使用年限。若监控人员未能发现结冰现象，风机将停止运转，并且风机将继续以高风速运转，这将逐渐增加设备的不平衡负荷。如果过大，将对本机造成极大伤害。在严重的情况下，还可能导致风机叶片轮毂掉落并引起事故。
2.3功率损失
叶片表面的结冰将减少叶片翼型的升力，阻力有所增加，从而导致降低风力涡轮机的风能转换效率。经过研究，叶片的结冰会产生不平衡质量载荷，还会产生很大的空气动力学载荷。随着风速继续增加，叶片速度和扭矩会非常缓慢地增加。在高风速的情况下，风轮的低速运行会导致风机的系数不符合标准。此外，叶片上覆有冰，因此该装置经常产生更大的振动。当这种振动逐渐增加时，就会导致风机停止运转。叶片的结冰对其表面的粗糙度也会有所影响，降低符合标准的叶片的原始空气动力性能。
当雨雪变得更糟并且结冰情况变得越来越多时，扭矩可能从正扭矩下降到零甚至是负扭矩，从而导致设备停止运转并严重影响设备的发电量。在长时间降雨，降雪和结霜的地区，由于结冰而造成的电力损失可能达到年发电量的0.005％至50％。
2.4噪声
结冰后叶片的质量分布不均匀，由于翼型的空气动力性能变化而导致空气动力噪声增加，超过了环境评估标准并造成了噪声污染，严重影响了附近居民的生活。
3风机叶片覆冰影响的防控
伴随着日益成熟的风力发电科技在日常生活中的广泛应用，防止叶片覆冰已成为人们关注的焦点，因此，加强风机叶片覆冰的防控势在必行。
3.1叶片本身的防覆冰措施
为了防止风机叶片出现结冰，可以通过在叶片上喷洒防冻液，加热融化冰以及在叶片上涂防冻层来防控。在叶片上喷洒防冻剂的方法很简单，将防冻剂直接喷在叶子的表面，但是操作起来也不容易。如果使用的防冻剂量多，其有效时间就会缩短。加热和防冰方法是加热叶片以增加叶片温度以达到除冰效果。通常，电加热元件和电源嵌入风机叶片中。叶片冻结后通过控制装置开启加热功能，以达到除冰的效果。另外，如果加热装置损坏，维护也很困难。涂层防冰是在叶片表面上施加化学物质，以减少水冰在叶片表面上的附着力，并防止大面积的冰积聚在叶片表面上。试验表明，涂层防冰剂可以将叶片的冰重量减少70％至80％，并且具有良好的抵抗力，因此是优选的。
3.2防止人身伤害措施
对于风力发电机叶片本身无法防止结冰的风电场，应注意避免在结冰后造成人身伤害和设备损坏的情况。具体措施主要包括：在风电场入口处以及距风轮机底座200m处设置醒目的警告标志，在恶劣天气出现之前向附近居民讲清楚危险因素，并为村政府建立通讯网络。后要及时。定期对结冰提醒标志的检查，并在必要时考虑为风机区域增加围栏。结冰消失后，风机重新启动时，必须确认在风机200m以内没有人员和车辆。
3.3防止设备损坏措施
覆冰后风机叶片的连续运行通常是设备损坏的重要原因。因此，我们应该提前了解天气状况。当环境温度降至0°C以下且出现雨，雪和冰冻天气时，监控人员应注意风力发电机的运行参数，并为关闭风力发电机做好准备。定期分析风机功率曲线的一致性，并根据风机制造商发布的信息，确定风机可以接受安全运行红线。当达到红线时，应立即关闭风机。有条件的风力发电企业可以优化风力发电机的保护配置，并增加冰覆冰报警功能，从多方面防止风力发电机叶片结冰后发生设备损坏事故。
3.4防止发电量损失措施
风机结冰后对风机叶片状况进行实时监控，与风场调度机构进行沟通，在结冰消失后及时恢复风机的运行。同时，加强对空气湿度的监控，通过望远镜、无人机等方式检查冰层，叶片表面和叶片轮毂，并检查箱式变压器。冰层消失后，若设备正常应及时恢复运行。
结语：随着风力发电的迅速增长，大量的风力发电机已经投入运行，并且风力在各种能源发电结构中的比例一直在增加。防冰技术的研究和分析会使设备能够在严峻的寒冷气候下正常运行。电源的稳定性促使风力发电设备更加高效。
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