風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片防凍除冰技術(shù)進(jìn)展分析

趙海亮

摘 要：風(fēng)能是一種綠色、可再生能源，在很大程度上可以解決發(fā)電產(chǎn)生的環(huán)境污染問題，風(fēng)電機(jī)組作為風(fēng)電場運(yùn)行的核心裝置，由于通常地處沿海區(qū)域或惡劣環(huán)境、交通不便的偏遠(yuǎn)郊區(qū)，且機(jī)艙一般位于離地面上百米的高空，因此，給風(fēng)電機(jī)組日常運(yùn)行維護(hù)造成一定難度。為盡量避免風(fēng)電機(jī)組故障造成停機(jī)，而帶來的巨大經(jīng)濟(jì)損失，迫切需要提高風(fēng)電機(jī)組尤其是核心設(shè)備風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行可靠性，控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行維護(hù)成本。本文在分析風(fēng)力發(fā)電機(jī)故障特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，具有針對(duì)性地提出運(yùn)行維護(hù)策略。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電;機(jī)組葉片;防凍除冰技術(shù)

引言

我國地域遼闊，海岸線長，風(fēng)能資源豐富，全國 大部分優(yōu)質(zhì)風(fēng)能資源主要分布在東北、西北、華北 以及東南沿海地區(qū)，而中部、南部高海拔山區(qū)由于 空氣濕度大，溫度低，相比于“三北”地區(qū)，冬季更易 產(chǎn)生葉片結(jié)冰現(xiàn)象。風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片結(jié)冰會(huì)嚴(yán)重影 響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，針對(duì)性地研究風(fēng)力 發(fā)電機(jī)葉片結(jié)冰的特點(diǎn)和危害以及相關(guān)檢測(cè)方法和除冰技術(shù)，對(duì)機(jī)組的正常穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

1影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片覆冰的因素

影響因素分為兩個(gè)方向：環(huán)境因素和自身因素。周圍的環(huán)境因素包括溫度和風(fēng)速。第一，如果環(huán)境溫度已經(jīng)降到零攝氏度以下，這將達(dá)到凍結(jié)溫度標(biāo)準(zhǔn)，葉片表面會(huì)出現(xiàn)冰。二是空氣中水汽含量比較大，濕度比較高，比一般濕度高85%，然后會(huì)結(jié)冰。第三，當(dāng)風(fēng)力在1cm/s到10cm/s之間時(shí)，葉片會(huì)遇到大量水滴，造成葉片上覆冰。此外，葉片結(jié)冰的自身因素是，當(dāng)風(fēng)力機(jī)上的葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)，迎風(fēng)面和背風(fēng)面的氣體運(yùn)動(dòng)有非常明顯的差異，迎風(fēng)面面向氣流。這時(shí)氣流與風(fēng)接觸越多，就會(huì)捕獲大量水滴，結(jié)冰量也就越大;背的時(shí)候水滴比較少，所以冰層的厚度不是很厚。

2結(jié)冰過程

結(jié)冰過程的發(fā)生通常包括氣象結(jié)冰階段、設(shè)備 結(jié)冰階段、培養(yǎng)階段和恢復(fù)階段。當(dāng)自然界的氣溫 環(huán)境達(dá)到結(jié)冰條件時(shí)，外界物體會(huì)在表面形成積 冰，此期間為氣象結(jié)冰階段;積冰不斷在物體表面 增多，甚至影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片等設(shè)備的正常運(yùn) 行，此期間為設(shè)備結(jié)冰階段;外部設(shè)備在結(jié)冰條件 下運(yùn)行時(shí)，有些設(shè)備并不會(huì)隨著環(huán)境的變化而立刻 結(jié)冰，存在一定的延緩期，此期間稱為培養(yǎng)階段;當(dāng) 環(huán)境溫度升高且不具備氣象結(jié)冰條件時(shí)，設(shè)備表面 的積冰開始慢慢融化甚至脫落，此期間稱為恢復(fù)階 段。通常對(duì)于某一地區(qū)的結(jié)冰效果采用葉片結(jié)冰 難易度和持續(xù)度來表示。

3風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片防凍除冰技術(shù)進(jìn)展

3.1定期維護(hù)

風(fēng)電場風(fēng)電機(jī)組需要定期對(duì)風(fēng)力發(fā)電整機(jī)進(jìn)行維護(hù)，定期檢查惡劣環(huán)境中的雨水、塵土、雷電等因素所造成的風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行問題，維護(hù)人員一旦發(fā)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)故障問題，應(yīng)及時(shí)處理確保發(fā)電機(jī)清潔、干凈，降低發(fā)電機(jī)運(yùn)行故障發(fā)生率。同時(shí)，螺栓、墊圈等發(fā)電機(jī)緊固件需要及時(shí)檢查其連接情況、絕緣性能等，保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)件可以滿足實(shí)際運(yùn)行需要，風(fēng)力發(fā)電機(jī)通常可通過干油潤滑、稀油潤滑來起到對(duì)內(nèi)部機(jī)械裝置的潤滑作用，稀油潤滑多用于齒輪箱的潤滑維護(hù)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行維護(hù)人員應(yīng)及時(shí)更換潤滑油，干潤滑油則多用于軸承偏航齒輪，由于這類齒輪長期運(yùn)行很容易造成潤滑油溫度上升，因此存在變質(zhì)的可能性，發(fā)電機(jī)運(yùn)行維護(hù)人員則應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充、更換潤滑油，并嚴(yán)格控制補(bǔ)充量，防止發(fā)電機(jī)電氣燒壞等后果。另外，運(yùn)行維護(hù)人員在維護(hù)軸承與潤滑系統(tǒng)時(shí)，需要全面、認(rèn)真檢查潤滑脂類型，并全面清潔油嘴及相關(guān)區(qū)域，確保潤滑通道的通暢性，保證軸承用潤滑油按照規(guī)定用量使用。運(yùn)行維護(hù)人員需要結(jié)合發(fā)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行規(guī)律，維護(hù)定、轉(zhuǎn)子繞組，通常情況下繞組干燥的新電機(jī)絕緣性能較好，只需在出現(xiàn)故障時(shí)進(jìn)行檢測(cè)工作，絕緣電阻值減小不僅受繞組溫度的影響，而且在存儲(chǔ)或運(yùn)輸過程中受潮等也會(huì)降低電氣設(shè)備的絕緣電阻值。

3.2氣動(dòng)帶除冰技術(shù)

這項(xiàng)技術(shù)也被稱為膨脹管除冰技術(shù)。一些膨脹管或膨脹袋安裝在葉片前端的邊緣。如果出現(xiàn)結(jié)冰問題，膨脹管或膨脹袋可以膨脹，從而打碎機(jī)組葉片上的冰層，促使碎冰脫落。附加裝置包括多個(gè)部分，即膨脹管、輸氣管、充氣泵和減壓閥。充氣泵給膨脹管或膨脹袋充氣，然后用減壓閥排出氣體，會(huì)引起振動(dòng)。反復(fù)充氣排氣會(huì)引起持續(xù)振動(dòng)，進(jìn)而震碎葉片上的冰層。氣動(dòng)帶除冰技術(shù)剛剛應(yīng)用到飛機(jī)上，后來又應(yīng)用到風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的除冰上。用在飛機(jī)上，也是用膨脹來去除飛機(jī)上的冰。飛機(jī)、機(jī)翼部件和尾部會(huì)設(shè)置膨脹管，定期充氣，然后排氣。膨脹和收縮的振動(dòng)會(huì)促使冰層破裂，然后冰層離開飛機(jī)，被氣流直接吹走。。

3.3熱源部件網(wǎng)格加密方法

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)艙內(nèi)部的熱量主要是來自機(jī)艙內(nèi)部主要熱源部件的發(fā)熱及外界環(huán)境的影響程度。機(jī)艙內(nèi)部的通風(fēng)散熱系統(tǒng)也是影響機(jī)艙內(nèi)部熱量分布的重要因素。而在對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)艙進(jìn)行有限元分析時(shí)，其網(wǎng)格劃分方法與網(wǎng)格加密程度直接影響著機(jī)艙內(nèi)部溫度場分布布局的精確度。因此，在進(jìn)行有限元建模時(shí)，采取對(duì)機(jī)艙內(nèi)部主要熱源部件，如齒輪箱、發(fā)電機(jī)、電控柜進(jìn)行加密處理，而對(duì)于靠近主要熱源部件的齒輪箱冷卻器、發(fā)電機(jī)冷卻器進(jìn)行次加密處理。

3.4黑色涂層

黑色涂層是利用黑色物質(zhì)具有 吸熱特性來去除葉片表面的薄結(jié)冰。該技術(shù)可適用 于冬季溫度高于0℃且光照比較充足的地區(qū)。當(dāng)太 陽升起時(shí)，葉片表面的黑色涂層會(huì)吸收太陽輻射的 能量，使葉片表面溫度升高，融化表面的薄結(jié)冰。此 方法不適用于溫度低、 光照不足和結(jié)冰嚴(yán)重的地區(qū)。當(dāng)黑色涂層吸收的熱量過高時(shí)會(huì)對(duì)葉片的性能產(chǎn)生 影響，導(dǎo)致葉片的空氣動(dòng)力學(xué)性能發(fā)生改變。葉片除冰技術(shù)的不斷改進(jìn)有助于解 決風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片結(jié)冰的問題，但目前還沒有最佳 的解決方案。對(duì)于葉片結(jié)冰，可以將被動(dòng)除冰與主 動(dòng)除冰兩者結(jié)合（如特殊涂料和電加熱），通過在葉 片上安裝重量傳感器來判斷是否啟動(dòng)相應(yīng)的除冰 裝置。此外，對(duì)于電加熱消耗的大量電能，可以在 風(fēng)力發(fā)電機(jī)外部安裝儲(chǔ)能電源。當(dāng)風(fēng)能資源豐富 時(shí)，為儲(chǔ)能電源充電，當(dāng)結(jié)冰時(shí)，儲(chǔ)能電源放電，緩 解加熱裝置耗電造成的電網(wǎng)不平衡。

結(jié)束語

綜上所述，當(dāng)前，為避免風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片覆冰，所采取的預(yù)防技術(shù)包括溶液防冰技術(shù)、熱能防冰技術(shù)、涂層防冰技術(shù);風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片覆冰的除冰技術(shù)包含機(jī)械除冰技術(shù)、氣動(dòng)帶除冰技術(shù)、熱能除冰技術(shù)、超聲波除冰技術(shù)、電磁脈沖沖擊技術(shù)，這些就是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片的防凍除冰技術(shù)，可以讓風(fēng)機(jī)葉片更好地、更安全地運(yùn)行，降低冰層對(duì)于葉片性能產(chǎn)生的影響，保證風(fēng)力發(fā)電正常進(jìn)行。

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