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高山风电风力发电机组新型电加热防凝冰技术研究及应用

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成果主要完成人

黄成亮、李利强、孟广军、黄多林、陈恋鲆、宾世杨、陈艺文、何修成

项目概况

运行在高湿地区的风机,当环境温度降到0℃左右,湿空气中的水滴撞击到叶片外壳体表面会发生结冰现象(即冻雨结冰)。叶片表面一旦结冰,一方面会影响叶片的气动性能进而降低机组发电效率(覆冰严重时会造成20%~50%的发电量损失),甚至还会缩短叶片的使用寿命;另一方面叶片运转过程中,当冰层粘附力下降时极易出现冰块脱落,在重力和离心力的作用下,碎冰会被抛出很远,对机组四周的人员设备等造成伤害。 据统计,2020年至2022年兴安风电公司受凝冰影响,累计损失电量约3.747亿千瓦时,单台机组年平均发电量损失约30万千瓦时。 目前,通过探索和应用风电机组新型电加热防凝冰技术,逐步实现机组结冰监测、叶片预加热延缓结冰、叶片运行除冰、极端状况下的停机除冰等功能,实现机组结冰损失发电量挽回率达到40~60%,避免风机启动初期叶片甩冰的安全风险。 通过结冰传感器对风电场结冰数据进行采集、处理、分析和统计和挖掘,结合风电场风资源数据,研究风电场整体结冰分布情况,结合风场情况开发风电场结冰精准预估模型,评估结冰危害,预测风电场结冰导致AEP损失情况。开发更高效可靠的除冰系统及控制策略,揭示电热除冰技术的特性,分析风力发电机组电热除冰技术的机理;并通过调整控制策略等途径,优化获得的除冰系统;获得安全、稳定、高效电加热除冰技术的关键技术。开发出一套适用于本风电场金风2.0机组的电加热除冰系统,包括电加热膜系统,机组电气加热系统。 该课题的研究,为风力发电机组除冰技术的应用推广提供技术基础,使我国易凝冻地区的风电项目更具经济性,对推动我国风电的发展和在国际凝冻地区风电项目的竞争具有重要意义。因此,通过研究风电场气象要素的变化,如何防止覆冰或减缓覆冰,探寻除冰的技术与方法,进行风电场冰冻损失精准评估与除冰技术应用研究显得意义十分重大。