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四川大学周志宏:风电机组结冰问题还很严重,需要产学研共同攻关

日期:2019-10-22    来源:能见App

国际新能源网

2019
10/22
20:26

关键词: CWP2019 风电机组 风电产业

  2019年10月21-24日,2019北京国际风能大会暨展览会(CWP2019)在北京隆重召开,大会主题“风电助力‘十四五’能源高质量发展:绿色、低碳、可持续”。自2008年首次在北京举办以来,已连续举办11届,成为北京金秋十月国内外风电行业争相参与的年度盛会。
  10月22日上午,CWP2019 IEA风能技术合作研究论坛在新国展召开。中国空气动力研究与发展中心/四川大学博士周志宏副教授出席论坛并发表题为《风电机组结冰防护技术》的主旨演讲。
  以下为演讲全文:
  周志宏:我们知道有水的地方就可能结冰,同时风力机经常遇到结冰问题,而我国风力丰富的地方也就是结冰比较严重的区域。
  风力机结冰根据结冰的一些形态主要分为几个类型:霜冰,就是快速冻结,有气泡,并不透气;明冰,非迅速冻结,里面有空气迅速填充,透明;混合冰,有冻雨和雪形成沉积冰,这几种冰形成是比较粗糙的分法。
  预计结冰会带来各种各样的危害,比较典型的是,结冰之后叶片形状会发生改变,这样会破坏机动特性。比如,在飞机上面,往往只要几分钟就结冰,系数可以下降40%的量级。结冰之后的不平衡会带来一些振动导致里面部件的损害,冰的脱落会对周边的人和动物造成危害,冰熔化之后大块大块的冰往下掉。同时结冰的时候会导致一些传感器性能发生破坏,包括测风速、风向的机组控制,曾经法航的一些飞机结冰之后导致的飞行事故,这是飞机上的风速仪出现问题。
  风力机的研究体系大概有几个体系组成:研究结冰是怎么回事、结冰有什么样的危害、怎么样把冰去掉、现在结的是什么冰。所以一个高效的防治冰就是这个过程,首先确定风力机结冰形态,同时对风力机的运行大概怎么处理,如果低于一个安全边界的话,设置一个控制策略,有三个方面的技术,第一,要能精确获得实时结的冰,结冰之后要有分析策略和制定,最后一个是高效的防控技术。第一个技术,结冰的精准、实时的监控,获得结冰情况,第二个获得结冰情况,以及结冰之后动气动的影响,怎么应对。然后防除冰技术,技术比较多,现阶段普遍应用的技术,像气热风电是效率问题,电热除冰主要是安全性问题,还有采用涂料,是有效性和持久性问题。
  目前在风力机结冰领域已经进行机理、计算与实验理论和方法等研究,现在大部分研究成果主要针对于航空成果,然后把航空结冰的方法和成果,直接应用到风力机结冰领域里面。另外,结冰主要存在这样一些实验设备,包括地面的结冰基础实验台、重庆大学人工气侯室等。
  另一个关键技术是结冰探测,有几种模式,比如工作状态进行检测、受干扰比较大、误差比较大,这种比较可靠的是结合传感器的方法。而采用传感器大概有以下几种类型:光学、热学、电学、波导等。
  现在结冰的普遍问题,大部分时候传感器给出的是传感器本身的结冰信息,我们真正关注的是叶片的信息,因为大部分的传感器只是告诉我们风力机是处于一个什么气侯,而并不是它本身的结冰情况。
  现在四川的嘉瑞丰科技将传统的传感器技术的结合,和国外传感器的对比,本身获得叶片的分布以及获得结冰之后相应的应对措施,可以提高结冰后的效率。它的传感器主要有两个特点,第一是检测的精度更高一些;第二是可以把传感器本身的结冰往叶片结冰扩展。并且进一步把传感器到风速风向仪里面,相当于多功能测量系统,这样把结冰和其他结合在一起,形成一个探测的东西。
  防除冰技术现在也比较成熟,主要是加热方法,电加热和气加热,大家知道比较多的航空领域的防冰涂层,机械的比较少一些,电加热就是怎么样尽快提高加热效率,比如说我们提高玻璃布,里面加入电阻丝,提高加热效率。气加热就是里面提供热气的方法加热,防冰涂层是国际上研究比较热门的项目,一个是长期维护比较难,另一个只是对结冰进行延缓,并不能杜绝,现在航空里面防冰涂层结合在一起用,各种相结合的方法,而不仅仅是用涂层,而是跟别的技术相结合,直接用的话现在还存在一些问题。
  根据这种结冰之后的影响,可以制订相应的防除冰策略,金风科技这种采用防除冰和没有采取防除冰的是有不一样的发电量,除冰之后效率获得一个明显的提升。
  所以基于前面的分析,推荐防除冰的策略,是对比较严重的区域,配合防除冰方案,在结冰不严重的时候,通过结冰检测再通过控制的方法以及通过实时检测结冰,然后进行主动的控制,来提高它的效率,并且来保护它的安全。
  总之得出几个结论,第一,现在结冰问题很严重;第二,现在很多关键问题还有待进一步发展和解决,这个就需要产学研用来一同结合来攻关。
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