株洲時代新材料科技股份有限公司運(yùn)維事業(yè)部總經(jīng)理姚運(yùn)帥：葉片防除冰技術(shù)研究及解決方案

2023年10月16日-19日，2023北京國際風(fēng)能大會暨展覽會（CWP2023）在北京如約召開。作為全球風(fēng)電行業(yè)年度最大的盛會之一，這場由百余名演講嘉賓和數(shù)千名國內(nèi)外參會代表共同參與的風(fēng)能盛會，再次登陸北京，聚焦中國能源革命的未來。

本屆大會以“構(gòu)筑全球穩(wěn)定供應(yīng)鏈 共建能源轉(zhuǎn)型新未來”為主題，將歷時四天，包括開幕式、主旨發(fā)言、高峰對話、創(chuàng)新劇場以及關(guān)于“全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)布局及供應(yīng)鏈安全”“雙碳時代下的風(fēng)電技術(shù)發(fā)展前景”“國際風(fēng)電市場發(fā)展動態(tài)及投資機(jī)會”“風(fēng)電機(jī)組可靠性論壇”等不同主題的21個分論壇。能見App全程直播本次大會。

10月18日上午，株洲時代新材料科技股份有限公司運(yùn)維事業(yè)部總經(jīng)理姚運(yùn)帥在風(fēng)電產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新論壇I上發(fā)表題為《葉片防除冰技術(shù)研究及解決方案》的主題演講。

以下為發(fā)言全文：

大家好，下面我就《葉片防除冰技術(shù)研究及解決方案》做簡單的分享。

時代新材是中車旗下的子公司，以高分子改性材料為核心，目前的產(chǎn)業(yè)延伸到軌道交通、風(fēng)電、汽車、新材料領(lǐng)域，目前規(guī)模達(dá)到150億元，也在全球10多個國家有子公司和辦事機(jī)構(gòu)。

2006年成立風(fēng)電產(chǎn)業(yè)事業(yè)部，2020年出貨達(dá)到10GW，累計(jì)出貨2萬套，在海外也有一些籌辦的工程，也是國內(nèi)少數(shù)幾家具有獨(dú)立自主研發(fā)體系的企業(yè)，年產(chǎn)量超過3000套。就葉片的防除冰技術(shù)來講，冬季結(jié)冰是非常難的問題，涉及到區(qū)域廣，嚴(yán)重影響冬季發(fā)電效率和機(jī)組安全。國外數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，54%的機(jī)組停機(jī)是由于冰導(dǎo)致的。

同時，葉片的結(jié)冰危害非常高，將會極大的改變?nèi)~片的氣動外型，也會導(dǎo)致機(jī)組加重。冬季往往是風(fēng)資源最豐富的時候，如果機(jī)組不能正常運(yùn)行，給業(yè)主帶來的損失非常大，單臺年損失電量高達(dá)百萬度。另外結(jié)冰之后容易出現(xiàn)甩冰現(xiàn)象，會給當(dāng)?shù)氐木用駧硗{。

葉片的防除冰技術(shù)存在難點(diǎn)，前沿區(qū)域結(jié)冰嚴(yán)重，隨著轉(zhuǎn)動速度會達(dá)到90-100米，這個時候冰層的生長非常迅速，與葉片之間的結(jié)合強(qiáng)度非常高。不同風(fēng)電場的溫濕環(huán)境差異巨大，會導(dǎo)致結(jié)冰形態(tài)不同。結(jié)冰雖然是非常常見的自然現(xiàn)象，但實(shí)際上結(jié)冰在自然界、化學(xué)和物理領(lǐng)域，理論模型是非常復(fù)雜的。不同的氣候條件，導(dǎo)致結(jié)冰是完全不一樣的，這個給防除冰帶來非常大的難題。

當(dāng)前，防除冰有很多的技術(shù)，葉片領(lǐng)域用最多的是疏水涂料，這個是市場上最廣泛的方式。主動式的技術(shù)當(dāng)中，包括加熱、機(jī)械、電磁脈沖、微波，這些方式都不是特別的主流，簡單對比一下技術(shù)

比如說涂層技術(shù)可以在出廠的時候做加裝，但是壽命有限，尤其是風(fēng)場環(huán)境惡劣壽命縮短。在加熱技術(shù)方面，氣加熱是葉片出廠之前和風(fēng)場運(yùn)行之后進(jìn)行改造，它的好處是不改變?nèi)~片的氣動外形，在某一些區(qū)域防除冰效果也是不錯的。電加熱除冰在運(yùn)維階段技改很困難，主要是受天氣的影響比較大。

無人機(jī)防除冰難度比較大，微波和脈沖在實(shí)驗(yàn)室階段，尚不具備在風(fēng)機(jī)上的方案。溶冰劑對環(huán)境有一定的污染性，效果一般。

時代新材的解決方案，圍繞上述幾個方向進(jìn)行解決。2011年相繼研發(fā)氣熱、電熱等技術(shù)，并且進(jìn)行中和。2011年-2022年完成綜合方案，進(jìn)行樣機(jī)的安裝和小批量的試制。10年期間，累計(jì)技改157套防除冰機(jī)組，海外也裝54套。目前覆蓋中部和南部的大部分省份，可以說典型結(jié)冰比較嚴(yán)重的區(qū)域我們都有案例。

同時，時代新材注重知識產(chǎn)權(quán)的布局和保護(hù)。另外有我們牽頭的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，能源行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)也進(jìn)入到意見征求稿的階段，這樣對于防除冰系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，會起到一定的促進(jìn)作用。

氣加熱的防除冰解決方案，這個與熱吹風(fēng)機(jī)是同一個原理，將空氣加熱之后形成回路，通過加熱的空氣帶動葉片本體加熱，從而實(shí)現(xiàn)對外面的除冰。在設(shè)計(jì)時，會根據(jù)葉片的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、厚度、外部理論溫度進(jìn)行加熱。氣加熱時間一般會在1小時左右，下面是對溫度場進(jìn)行仿真，同時也對葉片加裝之后的測試。

氣加熱在風(fēng)電場的效果受到環(huán)境和運(yùn)行狀態(tài)很大的影響，葉片本體是玻璃鋼材質(zhì)，我們在設(shè)置加熱體時，要求溫度不應(yīng)該超過60攝氏度，這與葉片運(yùn)營環(huán)境計(jì)算，理論極限的溫度大概是-8度，我們有做過零下10度左右的案例，這是比較特殊的。

電加熱原理非常的簡單，在外面鋪設(shè)碳纖維加熱元件，從而實(shí)現(xiàn)外表面的除冰，加熱的效果也很直接。

在設(shè)計(jì)時會根據(jù)葉片的氣動外形，以及化冰的情況，來定制化加入組件的鋪設(shè)區(qū)域，技改這是非常困難的方案，往往會在設(shè)計(jì)當(dāng)中做許多的妥協(xié)，因?yàn)殚_始設(shè)計(jì)的時候不會考慮到很多部署的問題。但是我們現(xiàn)在也開發(fā)一些風(fēng)電場技改的方案，可以解決一些問題，電加熱是比較典型數(shù)據(jù)70-90%。

當(dāng)前單一的防除冰技術(shù)存在局限性，氣加熱效率比較低，存在除冰不均勻的問題。葉片結(jié)冰之后會停機(jī)，這個時候如果僅僅對葉片的前院進(jìn)行除冰很難。在涂層方面適用性很窄，單獨(dú)的使用效果不佳，一般來講如果單獨(dú)使用某一種技術(shù)，它的應(yīng)用范圍非常窄，也是無法完全解決業(yè)主的需求，這個時候要采用綜合解決方案。低成本、高效的定制化解決方案，這個是解決業(yè)主困難必備的選擇。通過對不同防除冰技術(shù)研發(fā)出不同的組合形式，形成多種的技術(shù)方案，目前可以對過去幾年的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，定制化開發(fā)組合方式，比如說在后端位置進(jìn)行氣加熱，其他的位置進(jìn)行涂料組合。用這樣的方式，使得結(jié)冰的問題得到有效的解決。

下面是典型案例，這個葉型因?yàn)樵O(shè)計(jì)的除冰溫度非常低，環(huán)境比較苛刻，除冰期也非常長，這個方案前源鋪設(shè)碳纖維加熱層，后院使用氣熱。項(xiàng)目批量出口瑞典通過考核，項(xiàng)目在2015年、2016年進(jìn)行裝機(jī)，目前已有8年的時間，所以比較好的解決當(dāng)?shù)厝~片結(jié)冰的問題。

另外一個案例是在貴州畢節(jié)的風(fēng)場，設(shè)計(jì)加熱功率100千瓦，除冰溫度是零下10度。這個方案的特點(diǎn)是使用多種涂料的組合，在不同的區(qū)域進(jìn)行涂附觀察除冰效果，前面使用電加熱，后面使用氣加熱，可以實(shí)現(xiàn)70%損失電量的挽回，達(dá)到裝機(jī)的目的。

葉片防除冰技術(shù)發(fā)展廣闊，風(fēng)機(jī)防除冰技術(shù)的應(yīng)用可以給業(yè)主帶來直觀的效益，也可以解決電網(wǎng)在冬季用電安全的問題，所以在南方的幾個省份，包括湖南湖北、貴州都是可以將這個技術(shù)進(jìn)行推廣，目前的高成本限制系統(tǒng)的推廣，在技改方面成本尤為高地尤其是熱的技改方案，需要非常長期的實(shí)施，對于業(yè)主來講技改的損失比挽回電量的增發(fā)，還沒有收回成本，現(xiàn)在現(xiàn)場實(shí)施工藝技術(shù)不是特別的成熟。

在新風(fēng)場規(guī)劃時要考慮到冬季的結(jié)冰問題，開始要提出要加裝防除冰系統(tǒng)，從而減輕后續(xù)技改的成本。目前來看，風(fēng)場在生產(chǎn)階段加裝防除冰系統(tǒng)只有技改的二分之一，對于業(yè)主來說越早規(guī)劃，獲得的收益也越大，我的分享到此結(jié)束。 

（根據(jù)演講速記整理，未經(jīng)演講人審核）