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风机这种庞然大物是怎么除冰的?

来源:南方能源观察    时间:2021-02-23

美国得克萨斯州近日遭遇极端天气,出现了30年来的最低气温,发电能力跟不上一直飙升的电力需求,400万户家庭受到停电影响。

由于风力发电近年来一直是得州增长最快的能源,且是得州第二大发电来源,有不少人将此次停电原因归咎于风力发电不可靠。但实际上,风力发电预计只占到得州冬季计划发电量的一小部分。根据普林斯顿大学教授Jesse Jenkins发布的数据,美国东部时间15日上午,得州电力系统约有30GW容量处于离线状态,其中热电机组占26GW,另外4GW是受到冰冻影响的风电。

看到这里,记者有个疑惑,“身高”数十上百米的风机受到冰冻影响后,是怎么除冰恢复正常运行的?

风机的覆冰问题是风电发展的一大考验,而且我国地域辽阔,冬季南方冻雨,北方暴雪,风机在冬季运行期间就面临着冰冻环境的考验。内蒙古、甘肃等三北地区是我国陆上风电装机最为集中的区域,这些地区在冬春受冷空气影响,风机叶片很可能会发生覆冰。东南沿海地区及云贵高原由于水汽充足,在特殊天气情况下,比如温度接近零摄氏度同时伴随高湿度,如冻雨或雨夹雪,风机叶片也容易出现覆冰。

风机叶片结冰后,增加的阻力影响风机发电效率,造成直接的经济损失。而且覆冰会导致叶片质量分布不平衡,损伤叶片,引发机械故障甚至停机。另外,风机转动时附着在叶片上的冰块可能会被甩出,造成周边居民的财产损失和人员伤亡。

风机叶片覆冰一直都是个世界性难题,为此,不同的风机厂家都针对覆冰提出不同的解决方案:

被动防冰

防覆冰涂层是目前业内应用较广泛的方式,具有使用范围广,施工简单,成本低廉等优势。但随着时间的推移,防覆冰涂层容易脱落失效,减缓叶片覆冰的效果会变得越来越差。

主动除冰

除了防覆冰涂层这种“被动”的防护方式外,风机还能通过内部通热气、内部电加热、外部电加热等加热方法给叶片“主动”除冰。不同的加热方法各有优缺点,风机厂家基于系统复杂程度、成本、耗电量、加热效率、防雷击等综合因素考虑选择不同的技术路线。

像金风科技就采用外部电加热,把加热材料重点铺设在叶片前缘,位于叶中和叶尖位置,并在叶片根部安装了控制该叶片加热除冰系统的柜体。维斯塔斯(Vestas)公司则在风机叶片表层下方安装多组独立的加热单元和检测单元,在叶片接近叶根部的位置,有一个控制柜和各个加热单元连接。除冰加热时,由于是多组独立的加热单元,机组的主控制器可以根据自己的判断,动态地开启不同数量或位置的加热单元,从而实现最快响应,同时尽量降低能量消耗。另外,除冰加热可以在机组运行过程中进行,无须停机,减少发电量损失。

随着智能风机技术的发展,一些智能控制技术的运用可以帮助风机在叶片覆冰的情况下获取更多的运行选择。比如,在结冰初期,叶片前沿覆冰不严重的情况下,风机仍有可能继续发电。国内的风机厂家像金风科技、远景能源都开发了相应的智能感知程序,综合判断叶片覆冰的状态,通过先进控制策略(调整桨角和转速设置值等)优化发电性能,在叶片覆冰的情况下尽可能挽回机组发电量。

风电场业主根据实际冰冻情况,选用灵活的方法,可以在不同程度上降低风机叶片覆冰对发电量的影响。


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