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CWPC2018技术优化运维:新疆金风科技股份有限公司工艺工程师史超锋——《风电叶片电热抗冰冻技术及工程应用》

2018-04-02 来源:东方风力发电网作者:御风者 浏览数:909

第四届中国国际风电复合材料高峰论坛(CWPC2018)于2018年3月30日上午在江苏省阜宁县天鹅湖大酒店隆重召开,来自海内外的200多个企业、600多余位风电行业、复材行业的精英参加了本届盛会。上午的开幕式结束之后,高峰论坛分别设置了新材料、新技术专场,设计运维优化专场,新产品发布会专场,技术工艺创新专场,产业链对话专场等多个专场,将呈现大量精彩内容。

   第四届中国国际风电复合材料高峰论坛(CWPC2018)于2018年3月30日上午在江苏省阜宁县天鹅湖大酒店隆重召开,来自海内外的200多个企业、600多余位风电行业、复材行业的精英参加了本届盛会。上午的开幕式结束之后,高峰论坛分别设置了新材料、新技术专场,设计运维优化专场,新产品发布会专场,技术工艺创新专场,产业链对话专场等多个专场,将呈现大量精彩内容。
 
  新疆金风科技股份有限公司工艺工程师史超锋在设计优化运维专场做了题为《风电叶片电热抗冰冻技术及工程应用》的演讲。以下为演讲内容实录:



新疆金风科技股份有限公司工艺工程师史超锋
 
  下面我向大家介绍一下金风科技在这几年风电叶片电热抗冰冻技术及工程应用。主要是背景、工程应用和系统方案。前两个我们可以简单过一下,主要介绍一下电热抗冰冻技术及工程应用。
 
  我们知道结冰机理有温度、湿度、水蒸气与物体表面相对运动速度。一般雨雪、冻雨等会伴随结冰现象。结冰过程是一个晶核逐渐生长的过程,而叶片在运转过程中与空气摩擦产生静电并附着静电灰。然后结冰的危害主要有两个方面,风速仪风向标结冰,另外是叶片结冰会导致机组载荷增大及安全隐患。
 
  这两个图是一个正常的气流和结冰的气流。我们从这个图中可以看出结冰机组的功率比正常机组的功率会降低很多。大概是在1100,正常功率在1500。这是我们的一个统计数据,这个图片,我们可以看到结冰后,叶片在结冰运转中载荷会增大很多。这是我们在现场搜集到一些落冰的冰块,大小可以直接到5公分。这是一个全球的结冰分布图,我们可以看出结冰是一个全球的问题。这是我国的结冰图,我们的依据是温度小于2度、湿度大于95%的分布。也就是说我们在湿度低于95%的地区也有,结冰概率也有。这个区域应该很大,尤其是在云贵川地区。
 
  我们金风机组主要是有两种方式抗冰冻,一种是系统测试,确保机组的结冰安全、减少发电量损失。另外通过加热除冰,减缓结冰区域的程度,减少结冰机组发电量损失。
 
  金风从2014年开始进入这个领域,到目前一直在研究,我们从结冰涂层一直到加热除冰的样机的应用。这是一个世界范围内的整机厂的技术水平,黑色的是批量应用,半黑半白的是有样机,白色的是没有涉及的。最早的公司是西门子,经历了20多年。我们目前可以说和他们水平相当,我们已经实现了全员加热,这是2016年的统计,目前实现了全员加热的批量应用。我们唯独没有的就是热控制器和除冰涂层,我们已经pass掉了。
 
  然后这个是我们目前有一个除冰方式,然后有机械除冰、热力除冰,下面是人工除冰、超声波除冰,碳纤维加热除冰和热空气除冰,我们主要研究的是碳纤维加热除冰。这是几种除冰方式的对比,我们可以从除冰类型可以看出只有涂料除冰是被动方式,目前没有一个涂料可以做到有效地在风场除冰,但是在未来可以这么说,让在座的各位有研究这方面的进行一些研究。这个涂料如果做出来之后对现场改造非常大,而且市场非常大。
 
  然后这个电热抗冰冻主要研究者有西门子、Vestas等等。这是我们电热抗冰冻技术的一个原理图,这个我就不细说了,可以说一些我们的相关专利。
 
  我们重点讲一下工程应用,这是我们1.5兆瓦样机,上面是除冰的接合,下面是叶片上带的控制器,这边是加了一个白色的结冰传感器,这边是电源。这个图是2016年1月13号一天的统计数据,这边是风速统计图,这边是功率的统计图,这些图是同一时间同一机组的图。风速和功率呈正匹配,这个情况下叶片是正常运转的。从这个图中我们可以检测到结冰信号,但是机组还在正常运行。这个图中可以看出搜集到结冰信号的时候加热层开始启动,叶片表面温度比环境温度和结冰传感器上搜集到的都高,高5—10度左右。这是我们2.0机组的一个样机,装备都差不多。
 
  这是一个结冰期,2月9号到11号的运行数据,我们可以看出结冰机组,蓝色和绿色线代表结冰机组,红色是除冰机组,我们看到只有除冰机组在运行,结冰机组功率基本上为零。我们也可以看出温度都差不多。从这个开始就没有加热程序在启动,温度已经上升了。这天应该是晴天,叶片表面温度已经上来了。我们可以看出在没有加热程序的时候,温度上升了,三个机组都开始运行,但是在结冰期的时候结冰机组是没有运行的。
 
  工程应用,这是去年工厂做的一个改造,这是我们的一些参数。这是我们现场改造的一些图片,这就是我们改造完机组后,也是搜集了一个温度曲线图,上面波浪形的是叶片表面温度,下面那个是环境温度,我们看到环境温度在5度以下,我们的叶片温度可以在5度左右。
 
  这个也是我们的风速和功率的匹配图,我们可以看出在达到额定风速的时候,我们的功率是有显示的,结冰机组没有显示,我们是有功率输出的,而结冰机组没有。这是我们在四川一个风场的2.0的批量应用。
 
  我们在除冰机组的研发上,我们都做了自主研发,从材料、系统到整体的研发,我们具备除冰叶片的整体解决方案。我们下面主要介绍一下叶片加热系统的解决方案。
 
  这是我们的一个二代的加热芯片,我们之前的一代芯片是没有碳纤维的,这是我们刘总,一个年近70的老人历经10年投入精力做出来的一个有知识产权的产品。这个产品有什么特点呢?就是在某个点发生断裂的时候,只是在某个点失去了加热控点,其他地方是完整的,可以说是自修复的产品。我们这个碳纤维膜可以做到300—800瓦的功率,我们的夜间速度非常大,热量流失也非常大,这样我们就需要在夜间给它更多的功率。这样功率控制在很小范围,除冰效果最大化,而且也比较经济。这是我们的加热膜的特点,就不说了。
 
  这是我们加热叶片的一个除冰示意图,这里也不多介绍了。这是我们在一个全输出的叶片结冰除冰试验。这是我们改造完一个机组,对它表面进行温度检测的示意图。我们可以看到15分钟温升可以达到20度。这个是我们的一个冷冻仓,这是冷冻仓的一些控制设备,这是冷冻仓的外观。
 
  下面我也想说一下,我们在加热抗冰冻机组研究方面,也走过一些弯路,也取得了一些成绩。我们也需要进行后面的一些优化。我也希望在座的各位有兴趣的可以加入到我们这个行列来进行一些除冰的研究和探索。另外也不要忘了还有一个涂料的除冰,这个如果说有某个同仁将这个做出来之后,对预制的除冰涂层的运行中是一个很大的市场。
 
  (内容来自现场速记,未经本人审核)

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