风电场冬季叶片覆冰应对方法的研究

2019年4月

探索科学

风电场冬季叶片覆冰应对方法的研究

中广核新能源投资(深圳)有限公司分公司中广核玛依塔斯风电场 塔城 834600

【摘 要】风力发电作为可持续发展能源是推进我国能源,改变能源格局的重要方法。风机叶片是风电机组中最重要的部分,它的运行效

率直接影响机组的安全性和可靠性。是我国风电装机量排名第二的省份,是我国风力发电的主要区域。但是气温昼夜温差较大,冬季持续时间较长,所以风机叶片容易产生覆冰现象,影响风力发电的效率。本文将以塔城地区中广核玛依塔斯风电场为例,详细阐述叶片覆冰的形成原因,并针对此现象提出几点解决措施,有效解决风电场冬季覆冰期风电场发电效率低的问题,提高风机的使用时间和效率,增加风场设备的可靠性和安全性。【关键词】风电场;覆冰;应对措施;【中图分类号】文献标识码】文章编号】TM614 【B 【2095-588X(2019)-04-0040-02随着时代的发展,各种工厂的出现,二氧化碳、酸雨等环境污染, 引言:

能源短缺现象日益严重。风能是一种可再生能源,解决了其他能源无法避

,。免的环境污染问题逐渐受到了全世界的重视我国风能资源丰富,但是

大部分风力资源基本分布在气候恶劣的北方地区以及湿度较大的沿海地区,极易受到环境的影响。风力发电机在低温下工作时,一旦遭遇雨夹雪、冰雪等恶劣天气,风机叶片可能会发生冻冰现象,影响发电机的运行效率。1 塔城地区气候情况

塔城地区属于温带干旱和半干旱气候区,春季升温快,冷暖波动大。根据额敏气象站资料统计,塔城地区年平均气温是5.极端3摄氏度,

,,最高气温为41.摄氏度极端最低气温为零下摄氏度多年实测最大337.8

风速为20m/s。

2 风机叶片覆冰影响

每年冬季塔城地区风量较大,是抢发电量创造经济效益的最佳阶段。但是这个时间段内空气湿度较大,容易出现极端天气,严重影响风机发电量,损伤风机的叶片等,造成一定程度的经济损失,具体表现在以下几个方面:一是覆冰初期阶段,风机叶片会因薄冰的原因出现风机动力不足、风速减小的现象,风机的发电率大幅度下降;二是覆冰严重阶段,叶片表面会形成不规则的厚冰层,叶片气动外形会因此而发生改变,叶片转动、变桨控制等皆会因此出现失误,发电功率振幅较大,并随叶片覆冰逐渐加厚而缩减至零功率。三是过多的冰载降低了叶片的使用时间,由于风机每个叶片上的冰层厚度不同,导致机组受力不均匀,载荷增加,如果在此状态下长时间运行,会为机组带来较大的伤害,如果停止使用则会降低机组的使用效率;四是机组出力的降低不仅影响了设备的正常运行,更为严重的会造成叶片折断、风机倒塌在地;五是随着气温升高,叶片上附着的冰层掉落到塔筒、箱变以及人群中都可能带来较大的安全隐患。所以,对叶片覆冰原因进行分析和调研,并提出相应的解决措施,提高风机的使用时间和效率,增加风场设备的可靠性和安全性。3 冬季风场气象特点

风力发电机在低温环境下工作时,如果遇到潮湿空气、雨夹雪等恶劣环境,尤其是雨水冷却会在风机叶片上形成冰层,并且随着温度的降低冰层会越来越厚。所以风电场可以加强与当地气象站的沟通和交流,获取详细的气象信息,提前获悉本地区一段时间内的气温状况,根据环境的变化选择合适的运行情况,减缓风机叶片覆冰情况。另外风电场可以建立冬季

,运行管理小组制定相应的解决方案,解决冬季运行中的突发状况。

4 风机叶片防覆冰方法

塔城地区中广核玛依塔斯风电场使用的发电机主要是金风科技

此型号风机额定功率较大,使用年限超过20年,设备可70/1500型风机,

利用率超过95%,设备运行温度范围在零下30摄氏度至零上40摄氏度,较适合温差较大的地区使用。但是设备在使用过程中仍会受到叶片覆冰问题的影响,对风电场的运行产生一定程度的影响,因此针对此种情况,提出几点解决措施。

就是将防水溶液(如乙4.1 溶液防冰 溶液防冰属于被动型防冰,

醇)与叶片上的水混合在一起,由于混合液的冰点比水的冰点低,所以水很难在叶片上凝结成冰。寒冷天气风机运行前在叶片表面喷洒混合液,能够有效降低叶片覆冰现象。

溶液防水的缺点:一是有效时间短,适用于短期防冰;二是溶液用量过大;三是覆冰情况严重时效果甚微。

实质上就是利用机械的4.2 机械除冰 机械除冰属于被动型防冰,

方法敲碎叶片上的冰层,再利用气流将细碎的冰渣吹除,或者是通过离心

力震动的方式去除冰层。目前我国多数风电场采用的都是人工除冰的方法。

通过热能加热物件让叶4.3 热能防冰 热能防冰属于被动型防冰,

片冰层表面温度超过0摄氏度,融化叶片表面的冰层,达到防冰和除冰的目的。热能防冰方法主要有三种:一是电热防冰。在制作风机叶片时,在其中加入加热元件、转换器、过热保护装置以及电源灯组成的防冰系统;二是微波除冰。利用微波能加热叶片上附着的冰层,降低冰层的结合力,再

;。通过离心力去除细小的冰渣三是热气防冰通常情况下风机内都设有加

热装置,风电场可以在叶片上装置暖风通气管道,让热气在管道内流通,增加叶片温度。

5 新材料技术的应用

风机组叶片表面积较大,其制作使用的材料、形状以及环境等较为特殊,因此对使用的防覆冰技术和工艺有着较为严格的要求,上述几种防覆

,冰方法虽然也能起到一定的作用但在实际操作中需要耗费较大的人力物

力和时间。目前针对风机叶片制作材料的研究已经取得较大的进展和突破,能够有效解决风机叶片覆冰的问题。

5.1 LaFe10.78Co0.92Al1.3合金的应用 目前我国所使用的风机叶片主要类型有木质叶片、布蒙皮叶片、钢梁玻璃纤维蒙皮叶片等。但是现在竹叶片成为风电行业的重点研究对象,山东世纪威能生产的竹叶片在实验观

,察中取得了良好的效果能够在很大程度上提高叶片对覆冰的承载力。

另外,北京科技大学材料科学与工程专业的王小强等人针对风机叶片覆冰问题展开了深入的研究与探讨,同时将目前市场中已经应用的低居里温度的FeNiCrSi合金加以改良和创新,研发出了一种防覆冰效果更强的合金LaFe10.放FeNiCrSi合金的饱和磁感应强度为4000Gs,78Co0.92Al1.3,

/kg,热量是26W而LaFe10.78Co0.92Al1.3合金饱和磁感应强度则超过了9500

/kg,放热量是55w在相同等条件下,Gs,LaFe10.78Co0.92Al1.3磁感应饱和度

,,以及放热量均增长一倍以上冰点热量大幅度下降因此使用此种材料制

作风机叶片,防覆冰能力大大增强。

超级5.2 超级疏水表面涂料的应用 随着新材料科技的飞速发展,

疏水表面涂层逐渐受到风电行业的广泛关注。涂层防冰属于主动型防冰,就是利用特殊涂料的物理或化学作用,增加叶片冰层的融化速度,或者降低冰层与叶片之间的附着力,从而增加除冰速度。从除冰原理上看,涂层

。,,除冰是最便利的除冰方法举例来说利用喷砂以及热处理的方法在风

机叶片表面涂层FAS-17,叶片表面接触角可达到161o,摩擦角为3o。或者是将原子转移自由基引发聚合效应,将含氟或者含硅材料制成超级疏水

o

性材料,接触角可达到170.不仅能够大幅度降低水的结晶点,结冰时间3,

延长了50倍左右。目前我国防冰涂料的种类有丙烯酸类、聚四氟乙烯类以及有机硅类,已经成为防覆冰领域内认可的材料,不仅防覆冰效果明显、而且耐腐蚀,操作简单方便,使用寿命较长。

建立覆冰预警监测程序6

除了上述介绍的防覆冰方法外,还可以建立覆冰预警监测程序,及时了解风机叶片的覆冰程度。原来判断风机的覆冰情况主要来源于运行人员的工作经验,他们主要是根据室外温度以及风机工作状况两方面进行判断,所以,风电场要想做好冬季防冰工作,必须加强工作人员判断的准确。,性但是通常情况下风电场设备众多仅依靠运行人员监测难免会出现纰漏,因此在有关人员开发下可以设计一款风机覆冰预警监测程序,一旦发生覆冰现象可以语音提醒,设计此程序时加入各个型号风机的运行功率与

刘学涛

作者简介:刘学涛,出生年月:性别:男,籍贯:甘肃,学历:本科,研究方向:风电运维。1988-7-21,

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探索科学 2019年4月 电力与技术

基于物联网的电力设备探讨

国网重庆市电力公司丰都供电分公司 重庆 408200

【摘 要】现阶段,随着社会的发展,我国的物联网技术的发展也突飞猛进。可持续发展已成为人类社会共同追求的目标,未来能源开发方式与能源消耗方式必然要不断开展革新,需要一条发展与经济社会相匹配的绿色电力之路,在这一目标导向下,实现电网管理智能化是现阶段电力系统发展的必经之路,而物联网在电力设备管理中的应用,可有效促进电网管理不断趋向于智能化。基于此,文章通过阐述物联网技术的内涵特征,对物联网在电力设备管理中的应用进行了探讨,旨在为如何促进电力设备的安全有序运行提供一些思路。【】;;关键词物联网电力设备探讨【中图分类号】文献标识码】文章编号】TM732 【B 【2095-588X(2019)-04-0041-01引言

一定影响。采用传统人工巡检方式,并不能及时将采集到的数据信息反馈

给检修人员,如此可能影响电力设备运行质量。

3 如何优化物联网技术在电力设备状态检修中的运用

3.1 电力系统的智能化监察升级 物联网通过智能的感知系统与智能的网络系统来进行智能电力系统的智能化监察升级,物联网技术可以通过智能化的升级提升电力系统的经济效益,节约不必要的资源投入,为全球的信息发展带来技术的支撑,运用信号传感器的电子功能可以部分的劳动力,从传感器、控制器然后到计算机的云计算功能集中形式来为电力系统的智能化进行升级,物联网是新一代的信息技术,运用多种形式的结合推动新一轮的电力系统创新改革,提升电力系统的公共服务水平与功能。在电力系统的智能化升级离不开的支持与宏观,我国的各行业发展都离开的宏观,尤其是对于电力这种支柱型产业的转型与升级,更离不开国家的支持,创新智能化的基础设施,通过产学研的结合,来进行智能化的检查与升级。

3.2 信息化的不断提升对于检修计划的预测与升级 电力设备的检修计划的预测与升级需要从几个不同层面进行入手,首先是技术标准的实现,通过物联网技术的衡量,对于电力设备进行统一的规划,数据的标准制定,技术的强度在不断的升级,数据也在不停的进行升级与转变,根据不同的需求来进行技术标准的制定,做好基础的检修预测才能使整个电力系统信息化的完善基础。在电力系统建立共享平台,形成产业链条,在检修之中,对于电压、温度、震动等不同的数据监测,可以建立相应的产业链条,对于传感器的投入使用、嵌入式的创新发展等,电力系统进行共享发展,才能对电力系统的智能化平台建设形成商业规模,建立专业化的产业链条,专业发展才能促使电力系统智能化不断升级。针对使用成本的控制,满足社会需求是技术创新的动力,电力系统的不断扩大与升级促使信息化的不断升级与应用,通过大规模的应用来对成本进行控制和发展,在物联网技术的应用中一定要考虑到成本与盈利的问题,电力系统是我国经济支柱产业,电力设备是电力系统的基础,进行安全预测与产业升级是大势所趋。结语

在电力企业迅速发展的今天,带电检测技术得到了广泛应用,带电检测技术并不需停电即可对电力系统进行检测,如此可有效降低停电对用户造成的不良影响。利用物联网技术可及时、准确获取电力设备运行信息,且分析电力设备故障发展趋势,如此可有效提升电力设备状态检修工作质量。因而,电力企业需深入研究如何将物联网技术应用到电力设备状态检修工作中。

参考文献

李秋圻 车泽耀 罗一灵 朱晓莉

随着科学技术的不断发展,物联网技术在各行各业开始应用,物联网技术与电力系统的结合形成智能的电力系统,如何进行融合与发展,物联网技术在电力设备状态检修中是一项新的研究课题。物联网技术的核心就是可以运用网络信息技术来进行信息数据的获取与整合,来根据电力网络的特点来进行智能化的电力设备状态监控与检修。物联网技术的广泛应用可以得到及时的、实地的、靠谱的信息数据,并对数据进行整合与分析,对电力系统的状态来进行合适的分析,本文针对物联网技术在电力设备状态检修中的运用进行综合的探究与分析。1 物联网技术概述

物联网技术是一种以物联网为基础载体实现虚拟空间信息共享的技术。该技术的运转以网络协议下形成的虚拟空间为重要前提。伴随物联网技术的迅猛发展,移动物联网应运而生,由此为各式各样先进技术发展提供了可靠契机。这些技术包括有GPS的红外定位技术、函数技术、定位功能等。物联网系统主要包括网络层结构、感知层结构及应用层结构等结构。其中,感知层具备的功能主要是对相应区域内的网络信息进行接收,与网络结构开展连接,通信设备经由无线网络开展连接,如此一来,感知层便可对接收的信息开展系统操作、控制,并将该部分信息传输至相应设备中。换言之,在物联网系统中,网络层的功能是将各式各样信息开展网络数据传输。而应用层主要包括电子计算机、智能手机及平板电脑等,可以使计算机在应用层与用户间开展自由交换。2 电力设备状态检修技术发展现状

随着科技及电力行业的不断发展,电力设备状态检修工作经历了故障检修、预防性检修这两个阶段。故障检修指的是:电力设备发生故障时,才对其进行检修,其属于事后检修模式。预防性检修则与其不同,预防性检修是在电力设备未发生故障时对其进行检修,其属于事前检修模式,预防性检修可有效降低、减少电力设备检修对生产活动造成的不良影响。由此可见,预防性检修模式的检修效率及安全性明显较高,然而采用此种检修模式需提前设定电力设备检修周期及检修内容,因而电力设备运行过程中可能出现突发事件。若电力设备检修周期较短,其将致使电力设备过度检修,如此将增加电力设备检修成本。由此可见,在采用预防性检修模式时,若工作人员可保证电力设备检修周期、检修内容与电力设备运行状态相符,则可明确电力设备各参数发展趋势,进而科学评估电力设备运行状态,并依据评估结果改进电力设备检修工作,科学制定电力设备状态检修制度。工作人员为了解电力设备实际运行状态,需加强对电力设备的巡检。现阶段,部分电力设备可使用自动化技术采集相关数据信息,但是大部分

宁柏锋,喻召杰.对电力行业安全工器具智能管理解决方案的探信息的采集仍需由巡检人员进行采集、记录。以往巡检人员在巡检过程[1] 孙蓉蓉,[],讨J.数字通信世界2017(12).中,需将其采集到的数据信息详细、准确记录到表格当中,并对这些数据进

[],,,———电力设备王建华张国钢宋政湘等物联网2 .+大数据+智能电器—行整理,输入到信息系统当中,采用此种方式巡检人员工作量较大,且工作

:发展的未来[高压电器,J].2018,(7)7-15+25.效率不高。天气、环境、巡检人员综合素质等都将对巡检结果准确度造成风速的匹配关系,在监测过程中,若风机的实发功率与风速有20%左右的

偏差,能够立即发出警报。结束语

风力发电作为一种可再生能源,在全世界能源结构中起到的作用越来越大,但是随着全球气候条件的变化,风电场在冬季覆冰期发电受到的阻碍也越来越多,降低了风力发电的效率,因此解决叶片覆冰问题非常重要。本文详细阐述了风机叶片覆冰形成的主要原因,并从外力除冰方法以及叶片制做新工艺、建立覆冰预警监测程序等三方面论述了目前我国风电行业所使用的防覆冰方法,有效解决风电场冬季覆冰期发电效率低的问题,提高风机的使用时间和效率,增加风场设备的可靠性和安全性。

参考文献

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