风电叶片防冰除冰技术的研究进展

风力发电机叶片结冰检测及防除冰技术综述
孙永朋;关新;刘传宝;王哲
【期刊名称】《上海节能》
【年(卷),期】2024()1
【摘要】风力发电机叶片结冰是风电机组在高寒地区常见且具有挑战性的问题,叶片结冰会改变其空气动力学特性,表面粗糙度增加、阻力增加、功率损失,甚至使塔筒与风轮之间产生共振现象。

对风力发电机叶片结冰过程、结冰类型、结冰等级进行了阐述,并对目前现有的叶片结冰检测方法和防除冰技术进行了归纳。

为更好地解决叶片结冰对风电机组的影响,可针对不同的气候及区域使用相应的结冰检测技术和防除冰技术,减少叶片结冰对风电机组产生的影响。

掌握这一领域的发展现状,对推动风电行业的发展具有重要意义。

【总页数】6页(P143-148)
【作者】孙永朋;关新;刘传宝;王哲
【作者单位】沈阳工程学院能源与动力学院;沈阳工程学院新能源学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM6
【相关文献】
1.基于电加热薄膜的风力发电机组叶片防除冰技术
2.风力发电机叶片几种防覆冰和除冰技术研究及展望
3.风力发电机组叶片防冰除冰技术研究进展
4.风力发电机叶
片防除冰涂层(一):制备及性能测试5.风力发电机叶片防除冰涂层(二):温升数值计算及防除冰性能
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风机防除冰科技项目
风机防除冰科技项目是指通过技术手段防止或去除风力发电机叶片表面的结冰，以保障风力发电机在寒冷气候条件下的正常运行。

为你介绍其中两个项目：
- 德国弗劳恩霍夫研究小组的 TURBO 项目：借助无人机喷洒防冰化学品，带来更高效的解决方案。

无人机配备一个小型泵，可将机载料箱中的尿素/防冻液输送到一个细长的喷管中，液体在高压下从喷枪的喷嘴喷出，产生直径为100微米的微小液滴。

该技术可使无人机在高达35公里/小时（22英里/小时）的风速下准确飞行，并将雾化液滴的涂层涂在风力涡轮机叶片容易结冰的边缘上。

- 重庆大学科研团队的气动脉冲除冰方法：该方法受机翼气囊式除冰方法启发，提出了一种适用于风力发电机叶片的气动脉冲除冰方法，并建立相关脱冰计算模型。

实验结果表明，该方法具有良好的除冰效果，且脱冰计算模型可以较为准确地计算气动脉冲除冰结构的脱冰范围。

这些科技项目的研究和应用可以提高风力发电机在寒冷气候条件下的运行效率和稳定性，为风力发电行业的发展提供了重要的技术支持。

探究风力发电机叶片的防覆冰技术摘要：现今，风力发电已成为我国电能生产的主要方式之一，其不仅具有较强的清洁无污染特性，而且还能有效降低生产成本，提高资源、能源利用率。

但是有些风能发电地区的冬季温度较低，一旦外界环境温差较大，就会导致风力发电机叶片上出现覆冰情况，进而严重影响机组的正常运行，使得风力发电质量和效率大大降低，因此，要想改善现状，就要对风力发电机叶片的防覆冰技术的应用加大研究力度。

本文也会结合风力发电机叶片结冰原因及危害，对相应的防覆冰技术进行着重分析，并提出科学合理的除冰措施，仅供参考。

关键词：风力发电机；叶片覆冰；防控技术；除冰措施在风力发电过程中，机组叶片经常在大雾或冻雨天气下出现明显的覆冰现象，这样就会增加叶片重量，使其在运行过程中出现失稳、失速等不良情况，严重时，还会导致风机变桨控制和偏航控制出现判断失误现象，进而影响到最终的发电质量。

因此，要想避免覆冰情况的发生，就要对风力发电机叶片材质和结构进行全面改进，并采取科学合理的防覆冰和除冰技术，保证机组运行安全，最大化减少发电损失。

1、风机叶片覆冰原因及产生的危害分析1.1覆冰原因由于大部分风能发电地区都处于比较寒冷的地带，而每年11月至次年的2、3月份，这些地区就会出现较多的大雾及冻雨天气，所以这种环境下就会极易导致风机叶片出现覆冰情况，如雾凇、雨凇等结冰情况。

这其中，雾凇是一种霜，其是由密度为0.25 g/cm3白色不透明粒状结构物沉积而成，当风速过大时，冷却水与0℃以下的风机叶片一旦接触，就会在叶片表面形成一层毛玻璃状密度较大的晶状雾凇；反之，若风速不大，且冷却水较少时，也会在风机叶片表面形成粒状雾凇。

由于这类覆冰结构比较密室，所以一旦形成就很难清除和脱落，若是冰层过厚过重势必会导致风机叶片出现弯折或断裂情况。

而雨凇是由超冷却的雨水遇到温度低于0℃的风机叶片时所形成，这种冰透明坚硬，密度大约为0.85g/cm3，一旦形成就会导致整个风机外表面形成一层冰铠甲，并且机组背风面和迎风面的冰层厚度不尽相同[1]。

风力发电机组的冰冻及结冰技术研究随着世界的工业化和能源需求的增长，风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，正迅速发展和扩张。

然而，对于位于极地、高海拔和寒冷地区的风电场而言，冰冻和结冰等极端环境条件对风力发电机组的正常运行和性能带来了很大的挑战。

因此，研究风力发电机组的冰冻及结冰技术，对于确保风力发电的可靠性和稳定性至关重要。

首先，冰冻和结冰问题对风力发电机组的影响需要充分了解。

冰冻和结冰会降低风力发电机组的效率，增加机械部件的摩擦阻力，甚至导致机械部件的损坏。

冰冻和结冰还会增加风力发电机组的负荷，提高维护和运营成本。

因此，研究风力发电机组的冰冻及结冰问题，可以为改进设计和运维提供参考和依据。

然后，冰冻和结冰的机理和影响因素需要深入研究。

冰冻和结冰的机理涉及风力发电机组和环境的相互作用过程，包括空气中湿度、温度和风速对冰冻和结冰的影响。

此外，风力发电机组的设计和材料特性也影响冰冻和结冰问题的解决。

因此，通过对冰冻和结冰机理的深入研究，可以了解机械结构和材料的特性，从而提出相应的解决方案。

在解决风力发电机组冰冻和结冰问题方面，有几种主要的技术方法可以考虑。

首先，可以通过改进风力发电机组的设计和结构来降低冰冻和结冰的风险。

例如，在风力发电机组的外壳和叶片上采用特殊的涂层或材料，可以减少冰冻和结冰的可能性。

其次，可以通过安装加热系统或导热系统来防止冰冻和结冰。

这些系统可以通过控制温度或引导热量，降低冰冻和结冰的风险。

此外，定期进行维护和清理工作，以确保风力发电机组的正常运行也非常重要。

除了以上的技术方法，还可以探索其他创新和高级技术来解决风力发电机组的冰冻和结冰问题。

例如，可以通过安装传感器和监控装置，实时地监测风力发电机组的表面温度和湿度等参数，从而及时了解冰冻和结冰的情况，并采取相应的措施。

此外，利用无人机和机器人等智能技术，对风力发电机组进行巡检和维护，可以大大提高效率和减少人工干预，从而减轻冰冻和结冰对风力发电机组的影响。

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二、项目背景及概况
2016年公司向国家电投集团申请了《风 力发电机组叶片气热抗冰技术开发》的科 技项目。 针对江西吉安市泰和县天湖山风电场的 2MW 风机研发一套远程智能控制的叶片气 热抗冰系统，验证其抗冰效果及可靠性。
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二、项目背景及概况
天湖山风电场装机容量48MW,地处泰和、万安两县交界处的山脉，海拔高度为 670～1152m。风电场属亚热带 湿润季风气候。夏季受西太平洋副热带高压控制和影响，盛行偏南风；冬季受西伯利亚和蒙古冷高压控制和影 响，盛行偏北风；该区域叶片每年结冰时间约 25 天，结冰类型为主要为雨凇和雾凇。
试验时间： 2018年2月2日18时
1、系统自动运行调试
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持续结冰运行时间
2018.2.2 17:04
四、试验效果综合评估
试验时间：2018年2月2日11:09
2、系统防/除冰试验
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联合团队登山环境
四、试验效果综合评估
试验时间：2018年2月2日14:35
2、系统防/除冰试验
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拥有完善的，经过工程验证的风力机叶片结冰分析模型以及响应的数据分析控制 器，结合准确结冰监测可提供高效的风力机防除冰策略。
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三、项目主要工作
5、风场技改标准作业
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三、项目主要工作
机械连接可靠性：风场超过3年装机考 验；
防/除冰效果验证：1台样机； 加热设备设计寿命：25000h； 叶片质量矩影响：＜0.2%; 独立690V电气设计； 可忽略雷击风险； 无明火、防干烧设计； 除冰起机时间≤100min； 核心专用除冰控制器。
风电机组叶片防除冰技术应用方案

运行时， 如果 遇 到潮 湿 空 气 、 雨水 、 雾 、 雪 ， 别 是 遇 到过 冷 却 盐 冰 特
水形 式 存在 。
２４ ． 曲 率 大
云 巾液 滴 多是 水 汽凝 结在 半径 为 １ ０ Ｃ ｌ 结 核上 形 成 Ｏ ～１ ｌ 凝 ｌ 的。 因此它 的 半径 很 小而 曲率很 大 。 凸面 的液 体 表面 的饱 和水 蒸 汽 气压 要 比 同温 度 的平 面上 的 大 ， 而且 凸 面 的 曲率 愈 大 ， 饱和 水 蒸 汽 压值 也 愈 大 。凸 曲面 的水 滴 的冰 点 低于 ０℃ ，所 以 云 中的液 态 水 滴 ， 以在 负温 下 存在 。 可
（） ２ 风机 叶 片 覆冰 后 ， 由于 叶 片每 个截 面 覆 冰 厚度 不 ， 得 降低 ， 水不 致在 表 面 上结 冰 。遇 到寒 冷 天气 ， 机 飞行 前 都 需要 使 使 风 叶片 原 何 的翼 型改 变 ， 大大 影 响风 电机 组 的 载荷 和 出 力 ， 使得 风机 在 风机 外 部喷 洒 这种 防冰 液 。 的发 电效 率 大打 折扣 ； 液 体 防冰 的缺 点 ： １ 有 效 作用 时间 短 ， 能 是 一种 短 期 防 冰 （） 只 （） 片 表面 覆冰 后 ， ３叶 随着 温 度 升高 ， 块 就会 脱 落 ， 对 机组 方 法 ； ２ 用量 大 ； ３ 在严 重 结冰 状 况 下除 冰 的效 果 差 。液 体 防冰 冰 会 （） （） 和 现 场人 员造 成 很 大的 安 全隐 患 。 属 于被 动 型 防护 。
差 ， 用 率低 ， Ｊ 还 时 刻 危 及机 组及 现 场 作 业 人 员 的 安全 ， 利 而 ＝ Ｌ 因此 或者 利 用 离心 力 、 振动 把 冰 除去 。 目前 风 电行 业 使用 最 多 的方法 就 开展 预防 风机 结冰 新 技 术研 究 具仃 重 要 的现 实意 义 。 是利 用 人 工击 碎 覆冰 ， 属 于机 械 除冰 方法 中的一 种 。 械 除冰 属 这 机

涂料 颜 色为黑色 ， 与 现 在 要 求 的 灰
吸 热涂 料 （ 黑色涂 料 ）
操 作简单 ， 不用 引入其 他复 杂体 系， 且可以适 用于在 役叶片， 成本 相对 较低
白色表面 相 违背； 除冰 效 果受 制于 光 照条件 ； 夏季 太阳辐射 严重 时，
防结 冰
被 动防结 涂 装 冰 方案 疏 水涂 料 操 作简单 ， 不用 引入 其他复 杂 的部 件， 可 以适用 于在役叶片， 并且成 本低
电加 热
除 冰效率 不 高， 不用额 外考虑 雷 电防护 问题 温 度测 量及 控制 系统 ， 使 叶片系统 复杂化 风 险较大 ； 维护 困难 ； 成本 高
，
外部 电加 热
主 动 除 冰方案
除 冰效率 高 ， 加 热区 域设 计灵活 除 冰效率 比较 高
，
耗 能较 高 ； 热 气产生 系统 ， 并且需要 在叶片 内部安 装热 气管道 及空 气置换 通 道 使叶片 系统复 杂化 ； 成本 较高
Ｅ — ｌ ２ ６ ７ ． ５ Ｍ Ｗ风 机 叶片叶 根 、 叶 中段粘 贴
５ ）。
【 ５ １ Ａ ． Ａ ｌ ｂ ｅ ｒ ｓ． ＳＵ ｍ ｍ ａ ｒ Ｙ Ｏｆ ａ
Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｉ Ｃ ａ １ Ｖ ａ １ ｉ ｄ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ＥＮ ＥＲ Ｃ０ Ｎ ’ ｓ Ｒｏｔｏｒ Ｂｌ ａｄｅ Ｄ ｅ— Ｉ ｃ ｉ ｎｇ Ｓｙｓ ｔ ｅｍ ． ２ ０１ １ ．
温 度过 高会影 响叶 片材 料性 能 ， 一定
的时 间年 限需 要进行 维 护 涂 料 性能 测试 结果 不理 想 ； 涂料 的
防结 冰能 力需 要考察 ， 一定年限
薷要进行维护
化 学除 冰药 剂 应 用于 叶片表面 ， 降低冰 点， 除 冰效率 相对 较高 腐蚀 性 强， 会破 坏叶片表 面油漆 系统 ， 需 要经 常维 护， 维护 成本高 能 耗 高； 需 设计加 入器件 布线 ， 引入 内部 电加 热

新疆风电装备叶片覆冰状态评估及预测研究新疆风电装备叶片覆冰状态评估及预测研究近年来，随着我国对可再生能源的需求不断增加，风能成为了重要的清洁能源之一。

新疆作为我国风能资源富集地之一，拥有广阔的风能资源，风电装备在该地区得到广泛应用。

然而，新疆地区极端低温和高湿度气候条件使得风电装备面临着严峻的挑战，其中叶片覆冰是一个严重的问题。

叶片覆冰是指冰在风电叶片表面的形成和积累。

覆冰会导致风力机的性能下降、减少可能获得的发电数量、增加机组和设备的维修成本。

因此，准确评估和预测冰的形成和积累对于风电装备的运行和维护至关重要。

本文基于对新疆地区的叶片覆冰问题进行了深入研究。

首先，我们收集了大量的气象数据，包括温度、湿度、降水等信息。

通过对气象数据的分析，我们发现了极端低温和高湿度气候对叶片覆冰的影响。

在此基础上，我们建立了一套叶片覆冰评估模型，以提供给风电场运营商判断设备受冰情况的工具。

叶片覆冰评估模型的基本原理是基于风速、温度、湿度等气象条件，以及叶片几何特征，通过模型计算出叶片上可能出现的冰的分布和厚度。

模型将叶片表面分成了许多网格，根据每个网格的气象条件计算冰的形成和积累。

最终，根据每个网格上冰的厚度，我们综合得出整个叶片上的冰覆盖情况。

为了验证模型的准确性，我们选择了几个风电场进行实地测试。

在实地测试中，我们使用了一种先进的影像技术，可以实时监测叶片上的冰的形成和融化过程。

通过将实测数据与模型计算结果进行对比，我们发现模型的预测结果与实际情况非常吻合，证明了模型的准确性和有效性。

此外，为了更好地预测叶片覆冰情况，我们还利用机器学习算法建立了预测模型。

通过对历史气象数据和实际覆冰情况的统计分析，我们发现了一些隐藏的规律。

预测模型可以根据当前的气象条件预测未来一段时间内的叶片覆冰情况，为风电场运营商提供决策参考。

综上所述，本文对新疆地区的风电装备叶片覆冰问题进行了研究。

通过建立叶片覆冰评估模型和预测模型，我们可以准确评估和预测叶片上冰的分布和厚度，为风电场运营和维护提供科学依据。

风力发电机组叶片覆冰影响因素与防冻除冰技术思考摘要：现阶段，风力发电机组中的叶片出现覆冰情况后，设备的风能利用率会受到影响，进而对发电效率造成影响，发电机设备也会因此受到损伤，每年会因此造成较多的发电量损失，此外，还会给风电场的后续运行留下较多安全隐患。

本文以上述内容为基础，针对叶片覆冰问题的成因及防冻除冰技术展开研究，说明不同的防冻除冰技术优势，希望本次研究可以为同领域工作者提供合理参考作用。

关键词：风力发电机；防冻除冰系统；覆冰检测；叶片覆冰前言：在比较极端的气候条件下，部分发电机设备的叶片可能会出现结冰现行，这种情况很有可能会在后续阶段带来毁灭性影响。

基于此，为进一步克服这些不良影响，需要对叶片覆冰问题进行综合分析，明确各种覆冰处理技术、防冻除冰技术的应用注意事项，在保证除冰作业效率的同时，降低对叶片装置造成的不良影响。

一、风力发电机叶片覆冰机理说明（一）云中覆冰叶片处于工作状态时发生结冰现象，这种覆冰形式类似于飞机覆冰现象，是一种撞击结冰，主要是由过冷水滴撞击叶片外表面以后，冻结形成的冰体，按照过冷却水直径差异，主要分为雨凇与雾凇两种形态[1]。

雾凇冰：在液滴产生撞击作用后完全冻结，一般会产生一种不透明的白色堆积物，外表呈流线型，并且表面相对比较粗糙，此类积冰问题即为雾凇冰。

雾凇冰大多是在低环境温度(-5℃)、低运行速度以及低云水浓度值同步状态下会形成一种状态较为疏松、自身比重小、冰体黏附力小且对风机危害水平相对较低的冰体结构。

雨凇冰：是直径相对较大的过冷水滴，在其与风电叶片外表面产生撞击作用后散开，进而形成冰凌。

上述反应一般是在0～5℃之间发生，尤其是在空气中携带大量水滴以后，风电叶片表面会出现一层透明且比较光滑的冰层，同时，这种冰层本身的黏附力较强，并且比重相对较高，会对风机设备形成较大影响。

（二）降水覆冰当叶片处于静止状态时，空气中携带的过冷却水滴或者其他湿润雪花，会附着其上，如果温度低于0℃，则叶片的外表面上会形成新的覆冰结构。

风机叶片电脉冲除冰工艺的实验研究摘要：风力发电机组叶片在冬季可能被冰覆盖，这可能导致风电场停电，造成巨大的社会影响和经济损失。

目前，国内外关于风力发电机组叶片除冰的技术和经验较少。

根据风机叶片的特点，提出了一种电脉冲除冰的方法，即对电脉冲除冰的分布式脉冲线圈进行绕组，通过对线圈电流波形的测量和分析，得到了合理的绕组。

利用COMSOL软件对铝板进行电动力学模拟分析，得到了冲击力的分布。

通过对人工气候室的模拟试验，表明该电脉冲技术可以通过合理的参数协调，有效去除接触轨的冰，具有除冰速度快、效率高、能耗低的特点。

关键词：风力发电机组叶片，脉冲线圈，电脉冲除冰1.引言世界上的风能资源主要集中在高海拔和高纬度地区，冬季建设的风电场在低温环境下容易形成冰覆盖的叶片[1][2]。

由于地理位置、温度、高度等特殊，春夏容易出现冰现象，严重影响风电场的安全运行和功率输出[3][4]。

在冰条件下，风电场风力机叶片的气动形状发生变化，气动性能急剧下降，降低了风力机的输出，影响了风力机的整体安全稳定运行[5]。

发生结冰后，风机叶片升力减小，阻力增大，输出功率减小。

当镀冰风力发电机的负荷增加时，风力发电机的叶片就会发生额外的振动[6]。

镀冰叶片在旋转过程中可能会飞出，造成安全事故。

这些不利影响最终将反映在风力发电机组的运行和运行中维修费用。

因此，风力发电机组叶片的冰覆盖问题已成为制约严重冰覆盖地区风电资源开发和利用的重要因素，也是保证风力发电安全稳定运行迫切需要解决的问题发电机组。

因此，预防和解决冬季冰季风机叶片结冰问题已成为风电场生产和管理面临的一个难题。

解决冬季冰季风机叶片防冰除冰技术是当务之急，是提高高原地区风电场管理和安全水平的有效途径之一。

国内外的学者和科研机构对风力机叶片除冰技术进行了大量的相关研究，开发了多种风力机叶片除冰技术。

如叶片振动和超声波叶片除冰机械除冰法、叶片涂漆防冰法、采用电能直接加热的叶片热除冰法等。

叶片除冰技术-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述：叶片除冰技术是一种用于飞机或风力发电机叶片上的冰的去除技术。

飞机飞行高空时，温度低于冰点，雨滴着陆飞机表面立即冻结成冰，导致飞机表面结冰的现象称为结冰。

而风力发电机叶片在寒冷的气候条件下也会面临结冰风险。

结冰会导致飞行性能下降、燃油消耗增加，甚至对飞行安全造成威胁。

随着科技的发展，叶片除冰技术得到了很大的发展和应用。

本文将对叶片除冰技术的介绍、应用和发展趋势进行探讨，并总结其重要性，展望未来的发展。

1.2 文章结构文章结构部分的内容为：本文分为三个主要部分，包括引言、正文和结论。

引言部分将从概述叶片除冰技术的重要性入手，介绍本文内容的主要目的和结构安排。

正文部分将详细介绍叶片除冰技术的相关知识，包括技术介绍、应用领域以及目前的发展趋势。

结论部分将总结叶片除冰技术在航空、风电等领域的重要性，并展望未来叶片除冰技术的发展方向和前景。

1.3 目的:本文的目的在于介绍叶片除冰技术的重要性和应用，探讨其在飞机、风力发电和其他工业领域中的作用和发展趋势。

通过本文的阐述，旨在使读者对叶片除冰技术有更深入的了解，以及对未来该技术的发展方向和应用前景有所启示。

同时，也希望为相关领域的研究和实践提供一定的参考和借鉴。

写文章1.3 目的部分的内容2.正文2.1 叶片除冰技术介绍叶片除冰技术是指在风力发电机叶片表面积聚或结冰时，采取相应的技术手段去除冰而保证风力发电机正常运行的技术。

冰在叶片表面积聚会导致风力发电机的效率降低甚至损坏设备。

因此，叶片除冰技术的研究和应用对风力发电的可靠性和稳定性具有重要的意义。

目前，叶片除冰技术主要包括机械除冰、加热除冰、喷雾除冰和超声波除冰等方法。

机械除冰主要通过安装刮雪装置或者叶片上悬挂绳索来清除冰雪。

加热除冰则是通过在叶片表面安装发热器或者利用发电机内部产生的热量来融化冰雪。

喷雾除冰则是利用喷洒特殊化学物质或者热水来溶解冰雪。

风力发电机组叶片防冰冻探索研究摘要：由于风场存在着明显的区域不均匀分布特点,因此我国的大部分风场在较易受降雪影响的北部高寒地区和南部山地。

覆冰问题主要发生于上述高寒、高海拔区域,纵观整个风场测风以及其运行，均会产生较为显著的影响。

在做风能运行的评价时,覆冰而导致的叶轮对风速、风向以及环境温度等数据均有不同程度的影响。

覆冰状态下，对于普通风力的测量误差有时会达到30%,带防冻功能的风速计所测量到的误差高达40%,普通风速计实验表明可测最大误差甚至达到60%,错误的风力测试数据，将对风能测试资料计算分析造成评价失误,对风电运维管控等方面产生负面影响。

本文对风力发电机组叶片防冰冻探索研究。

1大气覆冰的物理学大气覆冰包括冻雾覆冰量、冻雨覆冰和升华覆冰量三大类。

1.1冻雾覆冰冻雾覆冰量大也可分成软雾松、硬雾松和雨松三种。

软雾松通常产生于气温稍低零℃,且空气水分和雾滴直径的中值都很小时,因此密度范围较小,且附着力也较弱;硬雾)松通常对应有较大的空中水分和液滴直径中值,因此密度系数较高,粘着能力也较强;太凉水滴附着在固体表层时未立即结冰,空中流动后又结冰形成了密度系数较大、粘着能力也很强的雨松,因此危害较明显。

1.2冻雨覆冰冻雨覆冰是以雨雪形态产生的覆冰,形成速率远远快于冻雾覆冰,危害尤为突出。

冻雨覆冰分为冻雨和湿雪覆冰量大二种。

雪中些微的水气会将其附着于物体表面而构成了湿雪覆冰,冷却后的粘着能力很强,且不易剥离。

1.3霜冻霜冻是指水汽直接冻结于土壤物质表层时,多出现在低风力条件,其附着力可以很强。

2风力发电机组叶片冰冻危害在风电场运营发展阶段,覆冰不仅会引起对风速和风向的测定偏差,从而直接影响风电机组的偏航和功率调节,而且还会改善叶片表面翼型特征和表面粗糙度,从而直接影响气动特征和风机发电出力;树叶前缘的些许覆冰也可以改善其气动特征,从而直接影响风能发电的出力特征[4]。

风机叶片覆冰对发电出力的影响程度,和覆冰力度、覆冰时间及其风速发电机的模型设计和评价方式直接相关,最高达到百分之五十。

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色涂料，利用黑色比其他颜色吸热效果好，来增加叶片表面温度。

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。

而黑色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。

风力发电叶片表面特殊涂层的防凝霜性能研究风力发电叶片是目前广泛应用于能源领域的一种重要装备，其表面特殊涂层的防凝霜性能研究对提高风力发电机组的运行效率和可靠性具有重要意义。

在低温、高湿的气候条件下，风力发电叶片容易受到结冰或积雪的影响，导致发电效率降低甚至造成叶片损坏，因此开发一种有效的防凝霜涂层具有重要应用价值。

为了研究风力发电叶片表面特殊涂层的防凝霜性能，首先需要了解凝露和霜的形成机理。

当空气中的湿气接触到低温叶片表面时，会快速冷却并凝结为水滴，形成凝露。

凝露滴点的降低会使得水滴迅速结冰形成霜，进一步增加叶片的表面粗糙度和阻力。

一种常见的防凝霜方法是表面涂层技术。

通过在叶片表面涂覆具有防凝霜性能的材料，可以改变叶片表面的物理和化学特性，使得水滴不易附着和结冰。

现有的防凝霜涂层主要有超疏水涂层和微纳结构涂层两种类型。

超疏水涂层是一种具有特殊表面性质的涂层，其表面具有极高的接触角，使得水滴在表面上呈现出滚动或快速滑落的状态。

这种涂层能够有效地减少水滴滞留时间，减少结冰的可能性。

研究表明，具有纳米级粗糙度和低表面能的超疏水涂层对于抑制水滴凝结和结冰具有良好的效果。

另一种常见的防凝霜涂层是微纳结构涂层。

通过在叶片表面上制备微小的凹坑或微纳米级的结构，可以增加叶片表面的粗糙度，并形成一种"蜡涂层效应"，使得水滴在表面上无法充分接触，减少结冰的可能性。

此外，微纳结构涂层还可以改变叶片表面的导热性能，使得水滴在表面上快速蒸发，进一步防止凝结和结冰的发生。

在研究风力发电叶片表面特殊涂层的防凝霜性能时，还需要关注涂层的稳定性和耐候性。

在实际应用中，叶片暴露在恶劣环境中，如高湿、高温、紫外线辐射等，因此所选用的涂层应具有良好的耐久性和抗老化性能，才能保持其防凝霜特性的长期稳定。

此外，研究也需要考虑涂层的成本和制备工艺性。

风力发电叶片通常具有较大面积，因此涂层的制备需要具备成本低、易于规模化生产的特点，以满足实际生产需求。

风力机叶片防除冰技术研究现状汪根胜;石阳春;蒋立波;刘亮【摘要】提出了风力机防除冰的关键部件是叶片，并介绍了风力机叶片覆冰的影响，叶片防冰的主动与被动型方法及其各自的优缺点。

重点阐述了憎水涂料防冰法的研究现状，并总结了憎水性涂料防冰的三大主要效果。

对目前风力机叶片防除冰技术的主流方法进行了综合评价，并指出了其日后的发展方向。

%This paper put forward that the key components of wind turbine deicing was the blade, and introduced the effect of ice covering of the blade, the active and passive methods for wind turbine blade deicing together with their merits and defects. The review focused on the research status of hydrophobic deicing coating method, and summarized three main effects of the hydrophobic deicing coating. Finally, a comprehensive evaluation of the current mainstream method of wind turbine blade deicing technology was conducted, and its future development direction was pointed out.【期刊名称】《装备环境工程》【年(卷),期】2016(013)002【总页数】8页(P103-109,138)【关键词】风力机叶片;覆冰;憎水性涂料;防除冰技术【作者】汪根胜;石阳春;蒋立波;刘亮【作者单位】江西中电投新能源发电有限公司，南昌 330096;长沙理工大学可再生能源电力技术湖南省重点实验室，长沙 410076;长沙理工大学可再生能源电力技术湖南省重点实验室，长沙 410076;长沙理工大学可再生能源电力技术湖南省重点实验室，长沙 410076【正文语种】中文【中图分类】TJ07;TM315随着PM2.5等环境污染问题的出现，传统能源已逐渐引起了人们的担忧；另一方面，传统能源也面临着日益枯竭问题，因此大力开发新能源是当今社会的发展趋势。

超疏水、超声波与叶片控制三方面改进的风力发电叶片防冰方法我国整个区域除华南区域外，都会遭受结冰损失，由于湿度、临界温度的共同作用中西部、西南的云贵区域反而是覆冰危害最严重的区域。

风力发电机因为结冰、覆冰产生的功率损失、机械故障、覆冰抛落等问题已经成为影响风力发电机安全运行的严重隐患之一。

云贵区域的某国企业主17年-18年的结冰覆冰损失就达到近6000万。

二、结冰的气候与种类水的有液态、气态、固态三相特征。

液态可以转为固态，气态也可以直接转为固态。

在实际风力发电机相关的结冰就会出现几种结冰类型。

综合航空行业的定义，结冰时的大气气候有三种类型：云雾中结冰、降水结冰（冻雨、降雪）与霜冻。

它们分别代表了过冷水液相转固相、液滴附着后转固相、气相直接转固相的三种形式。

2.2结冰的种类根据空气中水滴尺寸大小、水滴的数量（含水量）、风速、水滴温度、持续时间、积累效率以及叶片的弦长等的不同，积冰的大小、形状和特性具体区分如下：2.2.1雾凇雾凇是指针状和雪花状的薄冰。

雾凇不透明，表面粗糙。

多形成在温度为-20℃左右的云中，水滴尺寸及含水量都较小的情况下。

在风力发电领域多发生在内蒙、东北平原等地。

雾凇一般是从一个小点发展而来，沿叶片前缘迎风面成三角形分布。

这种积冰的密度很小，并且在叶片上的附着力小，比较容易清除。

2.2.2 霜凇/雪凇霜凇是在-10℃~-15℃温度下，云中水滴尺寸较大，含水量较高的寒冷环境下将会出现高密度的不透明状白色积冰。

由于积冰形成过程中与叶片表面的附着力很强使得这种积冰比较难于清除。

尤其是东北山区的风力机在冬天云层中运行时易出现，或者寒潮掠过的云贵山区。

霜冻天气过程会形成霜凇，即在风速较低时，水蒸气在冰冷的叶片表面直接凝固的一种积冰形式2.2.3明冰/雨凇明冰/雨凇结冰现象是冰光滑透明、结构坚实。

水滴尺寸非常大，含水量较高，该型积冰是指部分液滴没有在撞击叶片表面瞬间结冰，而是沿着表面流动随后结冰。