風力發電機組功率提升解決方案
——葉片前緣貼膜

劉軼 董旭 王中偉 呂偉周 高福偉 張華 楊國兵 鄧磊

1 國華瑞豐（榮成）風力發電有限公司, 2 中外天利（北京）風電科技有限公司

葉片是風電機組將風能轉化為機械能的重要部件之一，是獲取較高風能利用系數和經濟效益的基礎，作為捕獲風能的唯一構件，葉片狀態的好壞直接影響到整機的性能和發電效率。葉片前緣由于長期受到風力的摩擦以及沙粒、鹽霧、雨水的沖擊，是風電葉片上最容易出現腐蝕的部位[1]。特別是葉片的葉尖前緣部位，由于比較薄且葉尖運轉的線速度很大，該部位的腐蝕是整個葉片中最為嚴重的。風電葉片前緣出現腐蝕之后，風電葉片的氣動性能將受到影響，導致風電機組發電量效率下降[2]。葉片前緣腐蝕問題如果不及時解決，隨著時間的推移，葉片會發生更為嚴重的損傷[3]，隨時都會發生意外損傷甚至事故，直接影響風電機組的安全運行和風電場的經濟效益。

本文從葉片前緣部位腐蝕的問題出發，由國華瑞豐（榮成）風力發電有限公司和中外天利（北京）風電科技有限公司共同提出風力發電機組功率提升解決方案——葉片前緣貼膜，用于國華瑞豐（榮成）風力發電（一期）項目風機葉片前緣防護，進而達到提升機組功率。

1 風電場及葉片概況

國華瑞豐（榮成）風力發電有限公司投資建設的國華瑞豐（榮成）風力發電（一期）項目位于山東省榮成市北部沿岸地區（如圖1所示）。榮成市位于山東半島最東端，三面環海，海岸線長487 公里，屬于北溫帶季風型大陸性氣候，四季變化的季風進退都比較明顯。風電場輪轂安裝高度為70m ，年平均風速為6.62m/s，年平均風功率密度為331.8W/m2，風速在3m/s～25m/s 間的出現頻率占93.07%，風電場的主風向和主風能風向均為NW。于2006年開始建設，2007年并網發電。

圖1：國華瑞豐（榮成）風力發電（一期）項目地理位置

本工程風電場位于榮成市東北方向成山鎮沿海地帶，所有風機擬布置環海公路邊，氣候潮濕、多雨、有鹽霧。三面環海，受海洋調節顯著，海洋氣候特點表現突出，具有四季分明、氣候溫和、冬少嚴寒、夏無酷暑、季風明顯、空氣濕潤、降水集中等特點。且風電場場址位于渤海灣南岸，渤海灣是我國著名的鹽工業基地，該地區降雨量小，蒸發量大，沿岸地區鹽霧較重，對風機的金屬材料、電氣設備、葉片造成一定的危害。

鹽霧給風力發電機組帶來的危害主要為：鹽霧與空氣中的其他顆粒物在葉片靜電的作用下，在葉片表面形成覆蓋層，嚴重的影響葉片氣動性能，產生噪音污染和影響美觀，且會導致風電機組發電效率下降；經過一系列的化學反應后使設備原有的強度遭到破壞，使風力發電機組葉片承受最大載荷的能力大大降低，使設備不能達到設計運行要求，給設備安全運行帶來嚴重后果。

風電場風力發電機組從2007年到2017年已10年時間，經過實地考察，由于風機所在地理位置鹽霧較重，以及葉片修復周期較長的問題。通過對風機的葉片進行檢查，都存在前緣腐蝕問題（如圖2所示）：

圖2：風機葉片腐蝕情況

上述檢查說明風電場的鹽霧腐蝕較為嚴重，葉片前緣已呈現成片連續的溝槽狀缺陷，前緣涂層完全剝落，同時部分前緣基體出現破損。不同程度的前緣腐蝕，最終導致葉片氣動性能下降，進而風電機組發電效率下降，如不及時處理修復，可能致使葉片斷裂失效、開裂失效等損壞，而給設備安全運行帶來嚴重后果。

因此，為解決風力發電機組葉片腐蝕存在的諸多問題，選擇葉片前緣保護膜作為葉片前緣耐腐保護材料，對風力發電機組葉片進行耐腐改造，從而達到風力發電機組功率提升的目的。

2 葉片前緣保護膜技術特性

葉片前緣保護膜可以用來保護風電葉片表面，防止雨水，沙粒及鹽霧等物體對葉片表面的撞擊和侵蝕。保護膜是由防穿刺，耐磨損透明的聚氨酯彈性體構成，具有良好的耐紫外性能。滿足葉片前緣耐腐技術及工程施工要求，徹底解決葉片前緣腐蝕問題，實現對葉片前緣的保護，達到風力發電機組功率提升的目的（如圖3所示）。

圖3：葉片前緣保護膜

葉片前緣保護膜具有以下特點：高的耐久性，確保長的使用壽命；基于超過40年以上的航空器應用經驗；風電行業超過20年以上的葉片應用經驗；各種顏色、尺寸的選擇。

葉片前緣保護膜參數：

葉片前緣保護膜具有以下優點：均一的膜層厚度，保證卓越、一致、持久的防護性能；具有良好的抗紫外線老化性能；具有高斷裂伸長率；該產品質地柔軟，柔韌性和延展性優異；服役溫度區間大，能夠滿足國內各地風場的要求；良好的回彈特性能夠將運動顆粒（雨滴、沙粒等）對葉片保護膜的沖擊力分散到附近區域，從而具備優異的抗磨蝕性能；提升葉片維護周期；方便快捷的施工適用風場現場維修；寬廣的安裝環境要求可以在嚴酷的環境下施工。

3 葉片前緣保護膜的應用

國華瑞豐（榮成）風力發電有限公司和中外天利（北京）風電科技有限公司經過前期葉片檢查數據，共同選擇23臺機組進行風力發電機組功率提升解決方案——葉片前緣貼膜改造。

貼膜區域的葉片表面質量會影響到保護膜的貼覆性能，因此在貼膜前要確保貼膜區域的表面油漆完全固化，并且確保表面是光滑和清潔的狀態。

根據前期對機組葉片檢查數據，制定技改流程，進行現場施工：

針對葉片的腐蝕缺陷進行修復，進行打磨和刷膩子，如圖4所示：

圖4：葉片打磨（左）刷膩子固化（右）

葉片膩子固化后，進行找平和刷油漆，如圖5所示：

圖5：膩子找平（左）刷油漆固化（右）

刷油漆完成后至少要等待24小時才能進行葉片前緣貼膜的后續工作，進行油漆找平打磨并清洗葉片表面，如圖6。

葉片表面清洗風干后，貼葉片保護膜及刮平，不允許有微小氣泡，如圖7。

圖6：打磨清洗葉片表面

圖7：葉片貼保護膜及刮平

圖8：葉片保護膜封邊

葉片保護膜封邊，如圖8所示：

完成葉片前緣貼膜工程，機組運行半年后，對貼膜葉片前緣表面進行檢查，表面完好，保護膜對葉片前緣起到良好的保護作用；進行機組數據采集，對比技改前后機組運行情況，功率提升最高達到2%，幾臺機組曲線對比如下圖所示：

圖9：4#機組貼膜前后功率對比

4 結論

圖10：5#機組貼膜前后功率對比

圖11：10#機組貼膜前后功率對比

圖12：24#機組貼膜前后功率對比

經葉片前緣貼膜在風力發電機組的應用后對葉片前緣表面檢查，與未進行葉片前緣貼膜的風力發電機組相比發現，起到了對葉片前緣防護的效果，可以預防雨滴、冰雹、鹽霧、灰塵/砂石以及野外高空飛蟲及生物等的腐蝕，可以預防紫外光及濕氣等的老化，避免對設備安全運行造成影響，進而產生安全事故；對機組運行數據分析、功率曲線對比，葉片前緣貼膜避免了葉片前緣腐蝕而造成的發電量效率下降，影響機組出功，從而達到風力發電機組功率提升的作用，具有在風力發電機組葉片前緣改造中推廣應用的價值。