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(jì)優(yōu)化運(yùn)維專(zhuān)場(chǎng)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(gè)我們可以簡(jiǎn)單過(guò)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(duì)運(yùn)動(dòng)速度。一般雨雪、凍雨等會(huì)伴隨結(jié)冰現(xiàn)象。結(jié)冰過(guò)程是一個(gè)晶核逐漸生長(zhǎng)的過(guò)程，而葉片在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)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(gè)方面，風(fēng)速儀風(fēng)向標(biāo)結(jié)冰，另外是葉片結(jié)冰會(huì)導(dǎo)致機(jī)組載荷增大及安全隱患。

 

　　這兩個(gè)圖是一個(gè)正常的氣流和結(jié)冰的氣流。我們從這個(gè)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(huì)降低很多。大概是在1100，正常功率在1500。這是我們的一個(gè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，這個(gè)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(huì)增大很多。這是我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)搜集到一些落冰的冰塊，大小可以直接到5公分。這是一個(gè)全球的結(jié)冰分布圖，我們可以看出結(jié)冰是一個(gè)全球的問(wèn)題。這是我國(guó)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(shuō)我們?cè)跐穸鹊陀?5%的地區(qū)也有，結(jié)冰概率也有。這個(gè)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(cè)試，確保機(jī)組的結(jié)冰安全、減少發(fā)電量損失。另外通過(guò)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(kāi)始進(jìn)入這個(gè)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(gè)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(méi)有涉及的。最早的公司是西門(mén)子，經(jīng)歷了20多年。我們目前可以說(shuō)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(jì)，目前實(shí)現(xiàn)了全員加熱的批量應(yīng)用。我們唯獨(dú)沒(méi)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(gè)是我們目前有一個(gè)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(duì)比，我們可以從除冰類(lèi)型可以看出只有涂料除冰是被動(dòng)方式，目前沒(méi)有一個(gè)涂料可以做到有效地在風(fēng)場(chǎng)除冰，但是在未來(lái)可以這么說(shuō)，讓在座的各位有研究這方面的進(jìn)行一些研究。這個(gè)涂料如果做出來(lái)之后對(duì)現(xiàn)場(chǎng)改造非常大，而且市場(chǎng)非常大。

 

　　然后這個(gè)電熱抗冰凍主要研究者有西門(mén)子、Vestas等等。這是我們電熱抗冰凍技術(shù)的一個(gè)原理圖，這個(gè)我就不細(xì)說(shuō)了，可以說(shuō)一些我們的相關(guān)專(zhuān)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(gè)白色的結(jié)冰傳感器，這邊是電源。這個(gè)圖是2016年1月13號(hào)一天的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，這邊是風(fēng)速統(tǒng)計(jì)圖，這邊是功率的統(tǒng)計(jì)圖，這些圖是同一時(shí)間同一機(jī)組的圖。風(fēng)速和功率呈正匹配，這個(gè)情況下葉片是正常運(yùn)轉(zhuǎn)的。從這個(gè)圖中我們可以檢測(cè)到結(jié)冰信號(hào)，但是機(jī)組還在正常運(yùn)行。這個(gè)圖中可以看出搜集到結(jié)冰信號(hào)的時(shí)候加熱層開(kāi)始啟動(dòng)，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(gè)樣機(jī)，裝備都差不多。

 

　　這是一個(gè)結(jié)冰期，2月9號(hào)到11號(hào)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(xiàn)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(gè)開(kāi)始就沒(méi)有加熱程序在啟動(dòng)，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(lái)了。我們可以看出在沒(méi)有加熱程序的時(shí)候，溫度上升了，三個(gè)機(jī)組都開(kāi)始運(yùn)行，但是在結(jié)冰期的時(shí)候結(jié)冰機(jī)組是沒(méi)有運(yùn)行的。

 

　　工程應(yīng)用，這是去年工廠做的一個(gè)改造，這是我們的一些參數(shù)。這是我們現(xiàn)場(chǎng)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(gè)溫度曲線(xiàn)圖，上面波浪形的是葉片表面溫度，下面那個(gè)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(gè)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(shí)候，我們的功率是有顯示的，結(jié)冰機(jī)組沒(méi)有顯示，我們是有功率輸出的，而結(jié)冰機(jī)組沒(méi)有。這是我們?cè)谒拇ㄒ粋€(gè)風(fēng)場(chǎng)的2.0的批量應(yīng)用。

 

　　我們?cè)诔鶛C(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(gè)二代的加熱芯片，我們之前的一代芯片是沒(méi)有碳纖維的，這是我們劉總，一個(gè)年近70的老人歷經(jīng)10年投入精力做出來(lái)的一個(gè)有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品。這個(gè)產(chǎn)品有什么特點(diǎn)呢？就是在某個(gè)點(diǎn)發(fā)生斷裂的時(shí)候，只是在某個(gè)點(diǎn)失去了加熱控點(diǎn)，其他地方是完整的，可以說(shuō)是自修復(fù)的產(chǎn)品。我們這個(gè)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(shuō)了。

 

　　這是我們加熱葉片的一個(gè)除冰示意圖，這里也不多介紹了。這是我們?cè)谝粋€(gè)全輸出的葉片結(jié)冰除冰試驗(yàn)。這是我們改造完一個(gè)機(jī)組，對(duì)它表面進(jìn)行溫度檢測(cè)的示意圖。我們可以看到15分鐘溫升可以達(dá)到20度。這個(gè)是我們的一個(gè)冷凍倉(cāng)，這是冷凍倉(cāng)的一些控制設(shè)備，這是冷凍倉(cāng)的外觀。

 

　　下面我也想說(shuō)一下，我們?cè)诩訜峥贡鶅鰴C(jī)組研究方面，也走過(guò)一些彎路，也取得了一些成績(jī)。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(gè)行列來(lái)進(jìn)行一些除冰的研究和探索。另外也不要忘了還有一個(gè)涂料的除冰，這個(gè)如果說(shuō)有某個(gè)同仁將這個(gè)做出來(lái)之后，對(duì)預(yù)制的除冰涂層的運(yùn)行中是一個(gè)很大的市場(chǎng)。

 

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