98一、背景
风机叶片覆冰这一难题，一直困扰
着风电在我国“冻雨”灾害易发地域的
开发建设。“冻雨”灾害在我国较为普
遍，其中以贵州、云南、湖南、广西、
江西最为严重。一旦冻雨灾害发生，风
力机组叶片表面会出现覆冰，覆冰会降
低机组发电效率，甚至造成机组停机，
更为严重的是覆冰对机组安全和运营维
护人员也会产生潜在威胁。
风电叶片覆冰危害主要包含四个
方面：发电量、噪声、对机组危害、安
全隐患。机组覆冰会使叶片原气动外形
发生改变，降低气动效率，从而减少机
组发电量。根据研究资料显示，叶片覆
冰，依据当地气候条件不同，会造成风
电机组5%-10%年发电量的损失，带来
巨大的经济损失。叶片覆冰后，其在运
行时的气动噪声也会异常增大，会对机
组运行区域内的生物产生噪声污染，造
成生态破坏。由于三支机组叶片覆冰量
存在差异，会造成机组运转的动不平
衡，导致机组振动，甚至损坏机组部件
或整台机组。在叶片覆冰的脱落时，由
于其掉落区域较大，且掉落速度较快，
会对地面建筑和人员造成潜在威胁，危
害人身财产安全。
二、除冰方式介绍
目前现有的方案按照除冰方式可分
为：被动除冰、主动除冰。
被动除冰包含防结冰涂料和吸热
除冰涂料。防结冰涂料是通过降低表面
能，降低冰的附着力实现防冰的目的。
目前防冰涂料类型主要有：聚四氟乙烯
类、有机硅类及内烯酸类。吸热除冰
涂料目前主要是黑涂料，利用黑比
其他颜吸热效果好，来增加叶片表面
seifert温度。涂层方案的优势在于成本相对较
低、操作简单、安全、环保以及可以减
少叶片表面对于灰尘和飞虫的吸附。但
是防冰涂料由于具有低表面能及强憎水
性，其与基体间的粘附性会在一定程度
上收到影响。而黑的涂料在炎热的夏
季，表面吸热后过热时会对叶片性能造
成影响。此外，无论是防结冰涂料还是
吸热涂料，随着涂料在机组运转过程中
风电叶片除冰方式介绍
王建博　姬凌云　房永增  明阳智慧能源集团股份公司   
【摘　要】风电叶片覆冰在冬季较为普遍，叶片覆冰是阻碍风能发展的一个重要因素，其对于机组本身性能、经济收益及人员安全都会产生影响。人们对于叶片除冰进行了广泛的研究，本文主要介绍了风电业内主流的除冰方式原理及特点，期望能对现有除冰技术的进一步完善及开发新的除冰技术提供一定的参考和帮助。
【关键词】叶片覆冰；风电叶片；叶片除冰
与空气接触产生的磨损，逐渐丧失其材料性能，最多支撑1～2年，不具备长久使用的可行性。主动式除冰主要包含机械除冰、热风除冰、电热芯片除冰。机械除冰的方法，是利用机械方法使冰破碎，然后使用气流吹除，或利用离心力、振动把冰除去。目前人工击碎覆冰是风电行业使用最多的方法之一。此方法必须在机组停机后才能进行，成本相对较高。热风除冰的方法，需要在叶片内腔安装特定的通气管道，保证热气在叶片内部的流通和循环。其优势在于对叶片的气动外形不会造成影响，对叶
片的防雷系统也没有特殊的要求。在停机时，整个叶片就都可以除冰。然而，玻璃钢材料属于热的不良导体，在低温高风速或叶片旋转时，需要较大的热量供应。明阳曾在2015年借鉴了德国Enercon公司利用在叶片腔内安装热风机对叶片进行加热的除冰技术试制了一台样机，并于2016年完成挂机，2017年经过风场测试发现热风除冰效率较低、能耗大且除冰时间长，机组在运转过程中不能开启加热，在环境恶劣的情况下，机组会重新结冰而导致停机。电热芯片除冰的方法，从原理上来看是效果最好一种方法，但尚未大规模使用及长久使用。可以将加热芯片预埋到叶片的前缘区域，与叶片一体成型；也可将芯片手糊粘接到已成型的叶片上，可根据实际需求对叶片进行制作或改造。然而，在已成型叶片外部采用手糊粘接的方式，会对前缘区域的气流分布产生一定的影响，从而会影响叶片的气动性能。而且，加热芯片大多是由碳纤维或金属材质制做而成，存在增加叶片遭受雷击的风险，因此，需要特别考虑防雷设计。此外，若在前缘区域布置加热芯片，叶片在重力场中转动会产生一个典型的周期性载荷。同时，气动力和摆振方向的振动（由于摆振方向的低阶频率下的阻尼较小）将与重力载荷相叠加，最终，玻璃钢主梁的高应力区将会导致加热芯片出现高应力区。尤其是当加热芯片是碳纤维材质时，会因碳纤的弹性模量比玻纤高很多而导致加热芯片承受较大的载荷。因此加热系统的开裂问题和疲劳寿命问题将会随之出现。尽管如此，该方法操作简单、能量利用率高，且除冰效果好，是相对理想的除冰方法。三、结语综上所述，电加热芯片除冰技术是目前最具有优势的技术，但高成本以及该技术存在的防雷及加热系统的寿命问题仍然有待进一步解决。与此同时，利用化学与物理防冰或除冰技术相结合，开发新一代的防/除冰手段仍需我们继续努力。参考文献：[1]何玉林，杨豆
思，王磊，侯海波，杜静，谢双义.大型风力发电机组叶片除冰方法[P].中国：102003353A，2011,04,06.[2]SEIFERT H. Technical Requirements for Rotor Blades Operating in Cold Climates[C]. German Wind Energy Intitute,1996.