2022风电机组叶片防除冰技术应用

风电机组叶片防除冰技术应用

目录第二部分项目概况第三部分项目主要工作第一部分公司简介Page2项目前景及展望试验效果综合评估第四部分第五部分目录Page3第二部分项目概况第三部分项目主要工作第一部分公司简介项目前景及展望试验效果综合评估第四部分第五部分二、项目背景及概况Page4

如何解决风电叶片结冰问题是一项全球性技术难题，尤其针对江西山地风场这类已服役运行的风机，气热抗冰技术是一种最具可实施性的新技术。二、项目背景及概况Page5我国的冻雨气候分布广泛，而冻雨又是多种结冰气候中结冰速率最快的一种方式，其危害也最大。风力发电机组的运行环境十分恶劣，风轮叶片这一风电机组的关键部件在实际运行中会遭受各种环境的考验，其中叶片表面结冰问题是一个亟待解决的难点。风轮叶片结冰后，叶片的气动外形发生改变，这会造成风机的发电功率降低；结冰严重时，风机必须要停机。除影响发电外，结冰造成的风轮质量不平衡还会提高风机部件的疲劳损伤，此外随风轮旋转甩出的冰块会对风场附近的人、畜以及建筑等造成危害。二、项目背景及概况Page62016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。二、项目背景及概况Page7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。二、项目背景及概况Page8抗冰试验样机选取天湖山风电场29#风机。天湖山风电场29#风力发电机组（XE100-2000）是一种采用水平轴、三叶片、上风向结构布局，变转速、变桨距角调节控制策略，直接驱动永磁同步发电机发电并网运行的风力发电机组，该机组风轮配置时代新材和生产的48.5米叶片。其主要技术参数如下表：二、项目背景及概况Page9三年来，项目研发人员付出了艰辛的努力，在冰天雪地的艰苦环境中刻苦攻关，终于在泰和天湖山试制了样机，获取了大量试验数据，在行业内率先进行了有益的探索。二、项目背景及概况Page10此技术项目荣获国家电投集团江西电力有限公司2019年科技进步一等奖。此技术项目荣获由中国电力技术市场协会颁发的电力企业设备管理创新优秀成果奖。目录Page11第二部分项目概况第三部分项目主要工作第一部分公司简介项目前景及展望试验效果综合评估第四部分第五部分三、项目主要工作1、风机结冰检测Page12对于主动防、除冰技术而言，除了高效可靠加热抗冰技术外，叶片的防、除冰技术中另一个重要的技术难点是结冰探测技术，即如何快速、准确、可靠的探测到叶片结冰的起始和结束。结冰探测技术必须要做到如下几点：第一，避免没有必要的停机；第二，在发生结冰严重的情况之前自动停机；第三，在冰融化后可以自动开机。引用行业内国外成熟的冰探测仪技术——超声波传感器，装在机舱顶部利用自身结冰表征判断叶片结冰，并输出结冰信号，配合气象与技术参数监测，准确判断结冰状态。三、项目主要工作3、加热功率密度设计热空气除冰/防冰理论模型仿真分析分段效果图叶尖对应不同功率密度的升温图气热升温试验效果图Page13三、项目主要工作4、气热系统工作原理Page14Page14

气热除冰系统安装在叶片前缘，加热装置安装在叶根位置，其原理为利用叶片内腔与腹板内腔形成的气热循环通道对叶片内腔进行加热，实现间接除冰。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。三、项目主要工作5、风场技改标准作业Page15Page16三、项目主要工作6、防除冰系统特点机械连接可靠性：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。Page17三、项目主要工作风机载荷安全性复核报告目录Page18第二部分项目概况第三部分项目主要工作第一部分公司简介项目前景及展望试验效果综合评估第四部分第五部分四、试验效果综合评估1、系统自动运行调试Page19试验时间：2018年1月25日9:22系统自动待机模式四、试验效果综合评估1、系统自动运行调试Page20试验时间：2018年1月25日14:2129#机正常发电运行监测2018.1.2514:21四、试验效果综合评估1、系统自动运行调试Page21试验时间：2018年1月26日9:17；温度：-5.7℃；加热系统自动运行状态——主页2018.1.269:17四、试验效果综合评估1、系统自动运行调试Page22试验时间：2018年1月26日9:17加热系统自动运行状态——塔基2018.1.269:17四、试验效果综合评估1、系统自动运行调试Page23试验时间：2018年1月26日9:18加热系统自动运行状态——机舱2018.1.269:18四、试验效果综合评估1、系统自动运行调试Page24试验时间：2018年1月26日9:18加热系统自动运行状态——叶片32018.1.269:18四、试验效果综合评估1、系统自动运行调试Page25试验时间：2018年1月25日16时~2018年1月26日8时典型自动运行数据图表启动点2018.1.267:502018.1.2516:09四、试验效果综合评估1、系统自动运行调试Page26试验时间：2018年2月2日18时持续结冰运行时间2018.2.217:04四、试验效果综合评估2、系统防/除冰试验Page27试验时间：2018年2月2日11:09

联合团队登山环境四、试验效果综合评估2、系统防/除冰试验Page28试验时间：2018年2月2日14:3529#机位准备工作四、试验效果综合评估2、系统防/除冰试验Page29试验时间：2018年2月2日29#风机初始覆冰影像四、试验效果综合评估2、系统防/除冰试验Page30试验时间：2018年2月2日14:363#叶片除冰前机顶特写及温度状态

除冰试验——静态单支加热四、试验效果综合评估2、系统防/除冰试验Page31试验时间：2018年2月2日16:02~17:403#叶片除冰100min覆冰状态特写

除冰试验——静态单支加热四、试验效果综合评估2、系统防/除冰试验Page32试验时间：2018年2月2日17:50~18:30风机切出维护模式开始甩冰

除冰试验——三支同时加热四、试验效果综合评估2、系统防/除冰试验Page33试验时间：2018年2月2日17:40~2月3日10:30加热16h后风机叶片表面防冰状态

除冰试验——夜间防冰状态转变四、试验效果综合评估2、系统防/除冰试验Page34试验时间：2018年2月2日17:40~2月3日10:30加热16h后风机叶片表面防冰状态

除冰试验——夜间防冰状态转变四、试验效果综合评估2、系统防/除冰试验Page35试验时间：2018年2月2日17:40~2月3日10:30加热16h后风机叶片表面防冰状态

除冰试验——夜间防冰状态转变四、试验效果综合评估2、系统防/除冰试验Page36试验时间：2018年2月2日17:40~2月3日10:30加热16h后风机叶片表面防冰状态

除冰试验——夜间防冰状态转变四、试验效果综合评估2、系统防/除冰试验Page37试验时间：2月3日9:13风机缓慢起动发电

除冰试验——风机起机四、试验效果综合评估2、系统防/除冰试验Page38试验时间：2月3日17:24

经60min限功率调试，风机达到正常发电出力。

除冰试验——风机起机时间发电功率10:25:00100KW15:50:00200KW16:00:00300KW17:00:001000KW17:20:001400KW17:25:001700KW机组限功率调试过程四、试验效果综合评估2、系统防/除冰试验Page39试验时间：2月3日~2月11日

除冰试验——29#机唯一运行且满负荷四、试验效果综合评估2、系统防/除冰试验Page40试验时间：2018年2月2日14：30~2018年2月3日17:30

系统部分运行数据图表2018.2.317:242018.2.214:32四、试验效果综合评估3、风场2MW机型抗冰叶片理论实践Page41

此项科技项目针对MW级风电叶片气热融冰技术建立了加热融冰过程中的热力学模型，对复合材料叶片表面温度和温度上升曲线进行了计算，其结果与仿真计算结果误差小于7%。通过对风场服役的2MW机型叶片的融冰实验，结果进一步表明，气热抗冰系统在环境温度-10℃的条件下可以有效融冰，40min左右开始掉冰直至实现起机并恢复正常发电，具备理想的工程应用价值。

目录Page42第二部分项目概况第三部分项目主要工作第一部分公司简介项目前景及展望试验效果综合评估第四部分第五部分五、项目前景及展望Page432019年5月24日，国家发改委发布《关于完善风电上网电价政策的通知》。通知明确，将陆上风电标杆上网电价改为指导价。对于风电运营商来说，开发新项目的价值低于维护提升已有项目，所以在在运风场更换机型的具体要求出台前，用新配置来提高在运风场的收益率，来榨干已有资源的最后一点油水是一个合理且经济的选择。我国中东部、南方大部分风电场地属Ⅳ类风资源区，面临严重的冬季冰冻灾害，新增装机市场对风电叶片抗冰技术的需求占比达到55%，约900万千瓦。五、项目前景及展望Page44针对我国存量风电市场