國家電投集團江西電力有限公司新能源發(fā)電分公司主任工程師周強：《風電機組葉片氣熱抗冰技術開發(fā)及應用》

 

　　以下為演講實錄：

 

　　今天我匯報的是風電機組葉片防除冰技術的應用。這個報告分為五個部分：第一個部分是我們公司的簡介。

 

　　國家電投集團江西電力有限公司新能源發(fā)電分公司在原江西新能源公司劃撥給吉電股份后，2014年8月獨立管理的一個新公司。我們公司的主營業(yè)務覆蓋風電、光伏和其他的可再生能源的開發(fā)、建設、管理和運營。我們現(xiàn)在運營的是風電和太陽能，我們馬上會涉及到生物質能，后續(xù)可能還要海上風電也會馬上涉足。公司圍繞打造核心競爭力、建設一流企業(yè)、再造江西公司的戰(zhàn)略總目標，到目前為止總裝機容量是66.46萬千瓦，共6個風電場、2個光伏電站，單個風電場和單個光伏電站都是江西裝機容量最大的，整個分布江西內縱橫七八百公里，截至2019年底裝機容量有希望突破100萬千瓦，資產規(guī)模超過80億。

 

　　這是我們公司發(fā)展的示意圖，我們現(xiàn)在已經形成了開工建設一批、有序核準一批、重點側風一批、戰(zhàn)略儲備一批的良性循環(huán)發(fā)展格局。建設具有較強競爭力和盈利能力的省內領先、國內一流的新能源企業(yè)，預計到十三五后，我們總裝機容量達120萬，位居各大發(fā)電集團之首。到目前為止我們公司的裝機容量也是各大集團的第一位。

 

　　這是我們項目的簡介，為什么要搞這個技術？現(xiàn)在在投運的風電場來說如何解決風電機組葉片結冰，這是一個全國性的技術難題?？梢钥吹轿覀儸F(xiàn)在一般采用的是這四種類型的除冰：一種是電熱型碳布加熱；第二種是高分子加熱；第三種是定向鼓風，第四種就是涂層。這四種各有優(yōu)缺點。第一種加熱的時候就是速度比較快，但是缺點也非常明顯。今年上半年，我們還專門召集了兩個主機廠對我們的抗冰技術進行專題研討，重點比對碳膜的加熱和氣熱抗冰技術。第三種就是模塊化設備實現(xiàn)現(xiàn)場技改，我們所做的項目也是屬于技改項目，專門拿了一臺進行技改。

 

　　風機葉片的結冰影響大家都知道，在現(xiàn)在江西包括全國來說開發(fā)三級風電場，特別是長江以南的風電場，面臨很大的問題就是濕度很大，葉片非常容易結冰，貴州的一個風電場前段時間到那邊去，四五個月的時候嚴重覆冰，甚至發(fā)不出什么電，所以它的損失是非常大的，發(fā)電量損失是一方面，那么結冰以后葉片的氣動外形發(fā)生改變，造成發(fā)電功率降低，還會造成風能質量不平衡，有可能造成這個部件的疲勞損傷。另外甩出的冰，可以甩出400多米，容易對于附近的人或者是建筑物造成潛在的隱患。

 

　　這是我們的項目，當時立項的責任書，我們是2016年向國家電投集團申請的這個科技項目，當時拿了泰和縣天湖山風電場的2MW的機組進行改造。介紹一下天湖山這個項目的背景。

 

　　天湖山風電場座落在江西省泰和縣，海拔高度是670-1152米，夏季受西太平洋副熱帶高壓控制和影響，盛行偏南豐；冬季受西伯利亞和蒙古冷高壓控制和影響，盛行偏北風。說起來比較繞口，其實簡單說一句話，這個地方的風冬天刮起來冷死人，雖然這邊是南方，感覺南方的氣溫沒有這么冷，但是看一下這個氣溫，每年結冰25天，而且主要為雨淞和霧凇。當時拿了一臺29號風機做的實驗，是一種采用水平軸、三葉片、上風向結構布局。葉片的是49.5米，輪轂高是80米。這是這個項目的結題會，各專家都比較認可我們這個項目。這是項目開發(fā)榮獲的一些榮譽，開始的時候這個證書是2019年8月7號，實際上昨天晚上我才剛拿到，這是最新的。

 

　　第三部分項目的主要工作。

 

　　對于我們這個項目來說，上午交流的時候有一個專家也提到就是我們如何發(fā)現(xiàn)這個風機結冰了？對于風機來說本來有一套計算設備，也就是當它的輸出功率和它的風速兩個相對比不匹配的時候，它通過內部計算會判斷是否結冰，這是一種內部的計算有結冰的情況。那我們這個項目加裝了一個超聲波傳感器，這是另外我們加裝了，用來探測我們的結冰厚度。加熱的原理其實也很簡單，像玻璃纖維增強樹酯，鼓熱加進去也是熱傳導的過程，熱傳導的過程進行模擬計算，它在這個時間段能夠達到溫升效果是如何。這個是葉片根部加裝鼓風設備，現(xiàn)場安裝的12米的風管，通過這個風管往葉片空腔鼓熱風，然后經過熱循環(huán)。可能有的人會想12米對整個葉片45來說長度還是比較短的，具體性能怎么樣呢？通過3年的測算，這次我們技改通過三年的現(xiàn)場運算，40來分鐘能夠達到除冰，另外我們是葉片吊在空中的時候進行的，導風管長度有限，不可能再往前升，如果我們是安裝初期就安裝這個，他我的導風管可以裝得更長。這是施工過程中的一些照片，這是作業(yè)指導書。這個照片可以看到在融冰的過程中冰塊掉落的情況，可以看到加熱設備設計壽命是25000個小時，它是陶瓷發(fā)熱體，最大程度減少火災隱患。我們的機組加裝了這套東西，我們進行了載荷安全性復核報告，加了那些機組有無安全隱患，通過這個報告得出結論，加裝了這個不會對壽命產生影響。

 

　　這是我們在控制臺的界面，這個系統(tǒng)不光能夠在就地控制，還能遠程控制，這個數據回到中央控制，這是SCADA（音）的控制形式。這是我們加熱系統(tǒng)運行的界面，這是一個監(jiān)控界面，可以看到它的加熱系統(tǒng)都在頭部狀態(tài)。這個不僅在現(xiàn)場能看到，在我們的中央監(jiān)控室也有一套監(jiān)控系統(tǒng)，和我們的風級SCADA監(jiān)控是獨立的。這個是在2018年1月25號16點到1月26日8點這段的曲線，啟動點這個時候三個葉片的全部開始加熱，啟動加熱系統(tǒng)。每個葉片我們2米有一個測溫點，2.5米，15米分別有4個測溫點監(jiān)控這個溫度，這是改造過程中的一個照片，我們看到路面上已經是結冰的，汽車在上面會打滑，只有人走上去，我們現(xiàn)在看這里好像不錯，正常的走路是跌跌撞撞的，我開上去的時候汽車都打滑。霧凇的情況非常嚴重，在塔壁上覆面了冰雪。這是啟動初期用紅外測的，當時葉片在零下十度左右，全部是覆冰。靜態(tài)單支啟動加熱，三支葉片啟動加熱，這是冰塊掉下來的一個照片。葉片上的冰已經除得差不多。我們這個系統(tǒng)最大的優(yōu)點是不但能夠冷冰，而且能夠防冰，就是在沒有什么風的情況下，沒有轉動的情況下可以讓它保持一定的溫度，讓葉片不會再結冰，當有風的情況下它又會重新啟動。這是當時在試驗過程中。這張照片可以看到其他的機組全部都是停機，就只有這一臺帶滿了功率。這是2018年2月份的照片，當外邊溫度達到0的時候判斷它結冰了以后，那我的葉片開始啟動加熱的過程。

 

　　這是當時通過驗收以后的報告。我們這個科技項目主要是針對MW級風電葉片氣熱融冰技術建立的加熱融冰過程中的熱力學模型，對零下十度的條件下可以有效融冰，40分鐘左右可以直接掉冰直至實現(xiàn)起機并恢復正常發(fā)電。

 

　　2019年5月24日國家發(fā)改委發(fā)布《關于完善風電上網電價政策的通知》，也就是說今后風電進入上網的平價時代。對于開發(fā)商或者對于業(yè)主來說，開發(fā)新項目的價值已經是低于維護提升已有項目，所以在投運的風電場進行技改來提升在運風場的收益，榨干已有資源的最后一點油是一個合理且經濟的選擇。在長江以南的南方大部分都是屬于試點風電，面臨嚴重的冬季冰凍災害，對于葉片抗冰技術的需求占比達到55%，約900萬千瓦。針對我國存量風電市場，國家十二五帝二批擬核準風電項目計劃中，風電機組可能會面臨冰凍問題的項目占總項目的26.4%，我們現(xiàn)在希望通過這個完全具有知識產權的技術通過授權一家公司來進行我們在國內已有市場的推廣。

 

　　（內容來自現(xiàn)場速記，未經本人審核，如有不妥請聯(lián)系修改）