風(fēng)電機(jī)組葉片防除冰技術(shù)應(yīng)用

目錄第二部分項(xiàng)目概況第三部分項(xiàng)目主要工作第一部分公司簡(jiǎn)介Page2項(xiàng)目前景及展望試驗(yàn)效果綜合評(píng)估第四部分第五部分目錄Page3第二部分項(xiàng)目概況第三部分項(xiàng)目主要工作第一部分公司簡(jiǎn)介項(xiàng)目前景及展望試驗(yàn)效果綜合評(píng)估第四部分第五部分二、項(xiàng)目背景及概況Page4

如何解決風(fēng)電葉片結(jié)冰問(wèn)題是一項(xiàng)全球性技術(shù)難題，尤其針對(duì)江西山地風(fēng)場(chǎng)這類已服役運(yùn)行的風(fēng)機(jī)，氣熱抗冰技術(shù)是一種最具可實(shí)施性的新技術(shù)。二、項(xiàng)目背景及概況Page5我國(guó)的凍雨氣候分布廣泛，而凍雨又是多種結(jié)冰氣候中結(jié)冰速率最快的一種方式，其危害也最大。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行環(huán)境十分惡劣，風(fēng)輪葉片這一風(fēng)電機(jī)組的關(guān)鍵部件在實(shí)際運(yùn)行中會(huì)遭受各種環(huán)境的考驗(yàn)，其中葉片表面結(jié)冰問(wèn)題是一個(gè)亟待解決的難點(diǎn)。風(fēng)輪葉片結(jié)冰后，葉片的氣動(dòng)外形發(fā)生改變，這會(huì)造成風(fēng)機(jī)的發(fā)電功率降低；結(jié)冰嚴(yán)重時(shí)，風(fēng)機(jī)必須要停機(jī)。除影響發(fā)電外，結(jié)冰造成的風(fēng)輪質(zhì)量不平衡還會(huì)提高風(fēng)機(jī)部件的疲勞損傷，此外隨風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)甩出的冰塊會(huì)對(duì)風(fēng)場(chǎng)附近的人、畜以及建筑等造成危害。二、項(xiàng)目背景及概況Page62016年公司向國(guó)家電投集團(tuán)申請(qǐng)了《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片氣熱抗冰技術(shù)開(kāi)發(fā)》的科技項(xiàng)目。針對(duì)江西吉安市泰和縣天湖山風(fēng)電場(chǎng)的2MW風(fēng)機(jī)研發(fā)一套遠(yuǎn)程智能控制的葉片氣熱抗冰系統(tǒng)，驗(yàn)證其抗冰效果及可靠性。二、項(xiàng)目背景及概況Page7天湖山風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量48MW,地處泰和、萬(wàn)安兩縣交界處的山脈，海拔高度為670～1152m。風(fēng)電場(chǎng)屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候。夏季受西太平洋副熱帶高壓控制和影響，盛行偏南風(fēng)；冬季受西伯利亞和蒙古冷高壓控制和影響，盛行偏北風(fēng)；該區(qū)域葉片每年結(jié)冰時(shí)間約25天，結(jié)冰類型為主要為雨凇和霧凇。二、項(xiàng)目背景及概況Page8抗冰試驗(yàn)樣機(jī)選取天湖山風(fēng)電場(chǎng)29#風(fēng)機(jī)。天湖山風(fēng)電場(chǎng)29#風(fēng)力發(fā)電機(jī)組（XE100-2000）是一種采用水平軸、三葉片、上風(fēng)向結(jié)構(gòu)布局，變轉(zhuǎn)速、變槳距角調(diào)節(jié)控制策略，直接驅(qū)動(dòng)永磁同步發(fā)電機(jī)發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，該機(jī)組風(fēng)輪配置時(shí)代新材和生產(chǎn)的48.5米葉片。其主要技術(shù)參數(shù)如下表：二、項(xiàng)目背景及概況Page9三年來(lái)，項(xiàng)目研發(fā)人員付出了艱辛的努力，在冰天雪地的艱苦環(huán)境中刻苦攻關(guān)，終于在泰和天湖山試制了樣機(jī)，獲取了大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在行業(yè)內(nèi)率先進(jìn)行了有益的探索。二、項(xiàng)目背景及概況Page10此技術(shù)項(xiàng)目榮獲國(guó)家電投集團(tuán)江西電力有限公司2019年科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。此技術(shù)項(xiàng)目榮獲由中國(guó)電力技術(shù)市場(chǎng)協(xié)會(huì)頒發(fā)的電力企業(yè)設(shè)備管理創(chuàng)新優(yōu)秀成果獎(jiǎng)。目錄Page11第二部分項(xiàng)目概況第三部分項(xiàng)目主要工作第一部分公司簡(jiǎn)介項(xiàng)目前景及展望試驗(yàn)效果綜合評(píng)估第四部分第五部分三、項(xiàng)目主要工作1、風(fēng)機(jī)結(jié)冰檢測(cè)Page12對(duì)于主動(dòng)防、除冰技術(shù)而言，除了高效可靠加熱抗冰技術(shù)外，葉片的防、除冰技術(shù)中另一個(gè)重要的技術(shù)難點(diǎn)是結(jié)冰探測(cè)技術(shù)，即如何快速、準(zhǔn)確、可靠的探測(cè)到葉片結(jié)冰的起始和結(jié)束。結(jié)冰探測(cè)技術(shù)必須要做到如下幾點(diǎn)：第一，避免沒(méi)有必要的停機(jī)；第二，在發(fā)生結(jié)冰嚴(yán)重的情況之前自動(dòng)停機(jī)；第三，在冰融化后可以自動(dòng)開(kāi)機(jī)。引用行業(yè)內(nèi)國(guó)外成熟的冰探測(cè)儀技術(shù)——超聲波傳感器，裝在機(jī)艙頂部利用自身結(jié)冰表征判斷葉片結(jié)冰，并輸出結(jié)冰信號(hào)，配合氣象與技術(shù)參數(shù)監(jiān)測(cè)，準(zhǔn)確判斷結(jié)冰狀態(tài)。三、項(xiàng)目主要工作3、加熱功率密度設(shè)計(jì)熱空氣除冰/防冰理論模型仿真分析分段效果圖葉尖對(duì)應(yīng)不同功率密度的升溫圖氣熱升溫試驗(yàn)效果圖Page13三、項(xiàng)目主要工作4、氣熱系統(tǒng)工作原理Page14Page14

氣熱除冰系統(tǒng)安裝在葉片前緣，加熱裝置安裝在葉根位置，其原理為利用葉片內(nèi)腔與腹板內(nèi)腔形成的氣熱循環(huán)通道對(duì)葉片內(nèi)腔進(jìn)行加熱，實(shí)現(xiàn)間接除冰。擁有完善的，經(jīng)過(guò)工程驗(yàn)證的風(fēng)力機(jī)葉片結(jié)冰分析模型以及響應(yīng)的數(shù)據(jù)分析控制器，結(jié)合準(zhǔn)確結(jié)冰監(jiān)測(cè)可提供高效的風(fēng)力機(jī)防除冰策略。三、項(xiàng)目主要工作5、風(fēng)場(chǎng)技改標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)Page15Page16三、項(xiàng)目主要工作6、防除冰系統(tǒng)特點(diǎn)機(jī)械連接可靠性：風(fēng)場(chǎng)超過(guò)3年裝機(jī)考驗(yàn)；防/除冰效果驗(yàn)證：1臺(tái)樣機(jī)；

加熱設(shè)備設(shè)計(jì)壽命：25000h；

葉片質(zhì)量矩影響：＜0.2%;

獨(dú)立690V電氣設(shè)計(jì)；可忽略雷擊風(fēng)險(xiǎn)；無(wú)明火、防干燒設(shè)計(jì)；除冰起機(jī)時(shí)間≤100min；核心專用除冰控制器。Page17三、項(xiàng)目主要工作風(fēng)機(jī)載荷安全性復(fù)核報(bào)告目錄Page18第二部分項(xiàng)目概況第三部分項(xiàng)目主要工作第一部分公司簡(jiǎn)介項(xiàng)目前景及展望試驗(yàn)效果綜合評(píng)估第四部分第五部分四、試驗(yàn)效果綜合評(píng)估1、系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行調(diào)試Page19試驗(yàn)時(shí)間：2018年1月25日9:22系統(tǒng)自動(dòng)待機(jī)模式四、試驗(yàn)效果綜合評(píng)估1、系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行調(diào)試Page20試驗(yàn)時(shí)間：2018年1月25日14:2129#機(jī)正常發(fā)電運(yùn)行監(jiān)測(cè)2018.1.2514:21四、試驗(yàn)效果綜合評(píng)估1、系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行調(diào)試Page21試驗(yàn)時(shí)間：2018年1月26日9:17；溫度：-5.7℃；加熱系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)——主頁(yè)2018.1.269:17四、試驗(yàn)效果綜合評(píng)估1、系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行調(diào)試Page22試驗(yàn)時(shí)間：2018年1月26日9:17加熱系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)——塔基2018.1.269:17四、試驗(yàn)效果綜合評(píng)估1、系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行調(diào)試Page23試驗(yàn)時(shí)間：2018年1月26日9:18加熱系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)——機(jī)艙2018.1.269:18四、試驗(yàn)效果綜合評(píng)估1、系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行調(diào)試Page24試驗(yàn)時(shí)間：2018年1月26日9:18加熱系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)——葉片32018.1.269:18四、試驗(yàn)效果綜合評(píng)估1、系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行調(diào)試Page25試驗(yàn)時(shí)間：2018年1月25日16時(shí)~2018年1月26日8時(shí)典型自動(dòng)運(yùn)行數(shù)據(jù)圖表啟動(dòng)點(diǎn)2018.1.267:502018.1.2516:09四、試驗(yàn)效果綜合評(píng)估1、系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行調(diào)試Page26試驗(yàn)時(shí)間：2018年2月2日18時(shí)持續(xù)結(jié)冰運(yùn)行時(shí)間2018.2.217:04四、試驗(yàn)效果綜合評(píng)估2、系統(tǒng)防/除冰試驗(yàn)Page27試驗(yàn)時(shí)間：2018年2月2日11:09

聯(lián)合團(tuán)隊(duì)登山環(huán)境四、試驗(yàn)效果綜合評(píng)估2、系統(tǒng)防/除冰試驗(yàn)Page28試驗(yàn)時(shí)間：2018年2月2日14:3529#機(jī)位準(zhǔn)備工作四、試驗(yàn)效果綜合評(píng)估2、系統(tǒng)防/除冰試驗(yàn)Page29試驗(yàn)時(shí)間：2018年2月2日29#風(fēng)機(jī)初始覆冰影像四、試驗(yàn)效果綜合評(píng)估2、系統(tǒng)防/除冰試驗(yàn)Page30試驗(yàn)時(shí)間：2018年2月2日14:363#葉片除冰前機(jī)頂特寫及溫度狀態(tài)

除冰試驗(yàn)——靜態(tài)單支加熱四、試驗(yàn)效果綜合評(píng)估2、系統(tǒng)防/除冰試驗(yàn)Page31試驗(yàn)時(shí)間：2018年2月2日16:02~17:403#葉片除冰100min覆冰狀態(tài)特寫

除冰試驗(yàn)——靜態(tài)單支加熱四、試驗(yàn)效果綜合評(píng)估2、系統(tǒng)防/除冰試驗(yàn)Page32試驗(yàn)時(shí)間：2018年2月2日17:50~18:30風(fēng)機(jī)切出維護(hù)模式開(kāi)始甩冰

除冰試驗(yàn)——三支同時(shí)加熱四、試驗(yàn)效果綜合評(píng)估2、系統(tǒng)防/除冰試驗(yàn)Page33試驗(yàn)時(shí)間：2018年2月2日17:40~2月3日10:30加熱16h后風(fēng)機(jī)葉片表面防冰狀態(tài)

除冰試驗(yàn)——夜間防冰狀態(tài)轉(zhuǎn)變四、試驗(yàn)效果綜合評(píng)估2、系統(tǒng)防/除冰試驗(yàn)Page34試驗(yàn)時(shí)間：2018年2月2日17:40~2月3日10:30加熱16h后風(fēng)機(jī)葉片表面防冰狀態(tài)

除冰試驗(yàn)——夜間防冰狀態(tài)轉(zhuǎn)變四、試驗(yàn)效果綜合評(píng)估2、系統(tǒng)防/除冰試驗(yàn)Page35試驗(yàn)時(shí)間：2018年2月2日17:40~2月3日10:30加熱16h后風(fēng)機(jī)葉片表面防冰狀態(tài)

除冰試驗(yàn)——夜間防冰狀態(tài)轉(zhuǎn)變四、試驗(yàn)效果綜合評(píng)估2、系統(tǒng)防/除冰試驗(yàn)Page36試驗(yàn)時(shí)間：2018年2月2日17:40~2月3日10:30加熱16h后風(fēng)機(jī)葉片表面防冰狀態(tài)

除冰試驗(yàn)——夜間防冰狀態(tài)轉(zhuǎn)變四、試驗(yàn)效果綜合評(píng)估2、系統(tǒng)防/除冰試驗(yàn)Page37試驗(yàn)時(shí)間：2月3日9:13風(fēng)機(jī)緩慢起動(dòng)發(fā)電

除冰試驗(yàn)——風(fēng)機(jī)起機(jī)四、試驗(yàn)效果綜合評(píng)估2、系統(tǒng)防/除冰試驗(yàn)Page38試驗(yàn)時(shí)間：2月3日17:24

經(jīng)60min限功率調(diào)試，風(fēng)機(jī)達(dá)到正常發(fā)電出力。

除冰試驗(yàn)——風(fēng)機(jī)起機(jī)時(shí)間發(fā)電功率10:25:00100KW15:50:00200KW16:00:00300KW17:00:001000KW17:20:001400KW17:25:001700KW機(jī)組限功率調(diào)試過(guò)程四、試驗(yàn)效果綜合評(píng)估2、系統(tǒng)防/除冰試驗(yàn)Page39試驗(yàn)時(shí)間：2月3日~2月11日

除冰試驗(yàn)——29#機(jī)唯一運(yùn)行且滿負(fù)荷四、試驗(yàn)效果綜合評(píng)估2、系統(tǒng)防/除冰試驗(yàn)Page40試驗(yàn)時(shí)間：2018年2月2日14：30~2018年2月3日17:30

系統(tǒng)部分運(yùn)行數(shù)據(jù)圖表2018.2.317:242018.2.214:32四、試驗(yàn)效果綜合評(píng)估3、風(fēng)場(chǎng)2MW機(jī)型抗冰葉片理論實(shí)踐Page41

此項(xiàng)科技項(xiàng)目針對(duì)MW級(jí)風(fēng)電葉片氣熱融冰技術(shù)建立了加熱融冰過(guò)程中的熱力學(xué)模型，對(duì)復(fù)合材料葉片表面溫度和溫度上升曲線進(jìn)行了計(jì)算，其結(jié)果與仿真計(jì)算結(jié)果誤差小于7%。通過(guò)對(duì)風(fēng)場(chǎng)服役的2MW機(jī)型葉片的融冰實(shí)驗(yàn)，結(jié)果進(jìn)一步表明，氣熱抗冰系統(tǒng)在環(huán)境溫度-10℃的條件下可以有效融冰，40min左右開(kāi)始掉冰直至實(shí)現(xiàn)起機(jī)并恢復(fù)正常發(fā)電，具備理想的工程應(yīng)用價(jià)值。

目錄Page42第二部分項(xiàng)目概況第三部分項(xiàng)目主要工作第一部分公司簡(jiǎn)介項(xiàng)目前景及展望試驗(yàn)效果綜合評(píng)估第四部分第五部分五、項(xiàng)目前景及展望Page432019年5月24日，國(guó)家發(fā)改委發(fā)布《關(guān)于完善風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)政策的通知》。通知明確，將陸上風(fēng)電標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)改為指導(dǎo)價(jià)。對(duì)于風(fēng)電運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，開(kāi)發(fā)新項(xiàng)目的價(jià)值低于維護(hù)提升已有項(xiàng)目，所以在在運(yùn)風(fēng)場(chǎng)更換機(jī)型的具體要求出臺(tái)前，用新配置來(lái)提高在運(yùn)風(fēng)場(chǎng)的收益率，來(lái)榨干已有資源的最后一點(diǎn)油水是一個(gè)合理且經(jīng)濟(jì)的選擇。我國(guó)中東部、南方大部分風(fēng)電場(chǎng)地屬Ⅳ類風(fēng)資源區(qū)，面臨嚴(yán)重的冬季冰凍災(zāi)害，新增裝機(jī)市場(chǎng)對(duì)風(fēng)電葉片抗冰技術(shù)的需求占比達(dá)到55%，約900萬(wàn)千瓦。五、項(xiàng)目前景及展望Page44針對(duì)我國(guó)存量風(fēng)電市場(chǎng)