中材科技風電葉片股份有限公司高級工程師牟書香出席“第五屆中國風電后市場專題研討會”， 在葉片改造修復與回收利用專題論壇，分享題為“防除冰技術在葉片上的應用”的主旨演講。

　　牟書香：大家好，我的匯報主要分為下面幾個部分，首先我們來看一下全球的葉片覆冰的現狀，從全球風場裝機的情況看，歐美、北美、亞洲都存在結冰嚴重的切斷，歐洲及北美面積一半的面積左右，每年有長達一半的冬季，預測2020年覆冰地區達123GW的強度。

　　根據氣象結冰的時間占全年占比的情況，百分比以及對機組發電量的影響，將覆冰的等級分5個等級，最輕微的像一級對發電量的影響達到了0.5%，比較嚴重的等級發電量影響達到20%。這個是內陸、沿海以及高原地區在不同的低溫情況下的結冰嚴重情況及大概的占比。

　　對于葉片的覆冰情況它主要是集中在葉片的前緣，而且是從葉根到葉間覆冰量有不斷增大的趨勢。葉片的覆冰類型主要有兩種，一種是云內結冰，云內結冰分兩種，一個是霧淞和雨淞，這種類型講雨淞產生的凍雨比較嚴重，內部的強度和物體的粘接強度比較大，對機組的為企業比較大，霧淞造成的雨雪結冰的情況也稍微輕微一點。

　　葉片覆冰對機組產生了非常大的危害，首先發電量的影響，覆冰嚴重的是產生20%的發電量的影響，嚴重的要停機。

　　另外是對葉片和機組性能的影響，覆冰之會使機組的翼型升力下降，升組比較小，葉片提前進入失效區，另外是氣動載荷分布不均勻，另外葉片災面鋼度增大，耐疲勞性降低，第三是機組脫落的時候對機組的人員和設施產生安全隱患。

　　第三個介紹一下目前主流葉片除冰技術的進展，目前商業化葉片除冰的技術有三種：

　　第一個是防覆冰涂層的技術，是在表面構成疏水表面和防冰的表面，降低冰的附著力。

　　這種特點是成本比較低，施工比較簡單，不需要考慮防雷的問題，缺點是涂層來說初期對發電量的提升有輕微的影響，在除冰的初期發電量可以提升0.1%-0.2%，但是防護的性能是下降的，這種情況下說單一的涂層做防覆冰不太現實，應該是結合其他的防覆冰的方法實施。

　　第二種防覆冰的技術是在葉片的內腔當中形成熱分的管道，通過熱風的方式從葉中到葉間通過熱氣的循環，通過熱量加熱葉片的結構，將熱量傳遞到葉片表面進行除冰。

　　第三種是電熱防除冰的技術，這種特點是將各種電熱元件嵌入葉片當中，除冰的效率比較高，像西門子這些都有防覆冰的策略，像其他的一些機構都有提供了防覆冰的一些方案。

　　VTT技術是采用碳纖維作為材料進行電熱除冰，目前是裝機量最多的技術，這個是Nordex的技術，聲稱發電量可以提升8%以上。這個是WinWinD的一個技術，技術的特點可以快速除冰，低溫到高溫的情況下只需要幾分鐘。

　　這個是Aerospace，通過電熱腔的方式貼在葉片的表面，進行加熱除冰的方式。這個是西門子的技術，采用碳粘膜的技術進行除冰，還有一些其他的防覆冰的技術，其中有氣囊的除冰技術，在表面附著氣囊，利用氣囊膨脹碎冰，這種技術只能在實驗室進行驗證，目前沒有實際應用過。

　　其他人提出的設想是在葉片前緣和后冰造一些微小的孔，然后通過外緣進行除冰，目前沒有應用。這個是在葉片的前緣的部分用高分子的導電材料，利用這個導電加熱除冰，這個據說已經進行了一個樣機的驗證。

　　這個是另外一種技術，采用碳納米管薄膜的防覆冰技術，是在葉片的表面先粘一層高分子薄膜，然后在葉片表面噴涂碳納米管，通過碳納米管通電導熱進行除冰。另外也有人提出了微波除冰的方式，是在葉片的空腔當中形成微波的波導，葉片也有碳納米離子，利用碳納米離子進行發熱除冰。這是超聲波導結合振動的風電葉片防/除冰的技術。

　　下面介紹一下中材葉片電熱除冰的技術，這是我們電熱除冰的一個系統，主要分為幾個部分，一個是葉片的加熱系統，還有從主機的角度有一個供電、配電的系統，除冰的配電系統，除冰的檢測系統，葉片加熱系統里面有葉片加熱系統的控制系統，通過這幾部進行相互的作用，主要是通過結冰傳感器檢測溫度、濕度的數據，軟化傳遞給PLC系統，PLC又傳遞到葉片加熱系統除冰，葉片加熱系統有像溫度傳感器的系統，進行溫度的檢測，實施到主機的系統當中，當溫度超過限制的時候進行斷電。

　　我們采用的加熱材料有兩種，一種是高分子電熱膜，我們是源于地板上采用的材料，用于葉片當中，第二個玻纖和碳纖，設置的碳玻混雜的織物。另外我們對風場的情況還有在功率密度下的除冰效果建立了功率密度的除冰模型，我們通過實際實驗的方式結合，確定了特定風場電熱材料的功率密度。 這個是電熱材料的布局，主要是覆蓋葉覆冰的前緣，通過分區布置的方式。對于電熱材料需要考慮防雷的問題，我們在電熱材料外表面鋪設面積比較大的避雷金屬網，這樣在遭受累計的時候，雷電流可以通過電熱材料外面的金屬網把雷電導入地下，降低對業頻的損傷。

　　監控系統我們主要是在電熱材料這一層設置溫度傳感器，溫度傳感器相應的一個區設置多個溫度傳感器，有備用的，將溫度傳感器的信號導到控制系統當中，與主機的控制系統進行連接。我們采用的防除冰的風電葉片是一體灌注成型的，這是我們特定地區的工廠做的實驗，驗證防覆冰的效果。為了驗證防覆冰的材料對葉片是不是有影響，以及可靠性，還有進行疲勞試驗，疲勞實驗之后證明電阻沒有變化，也沒有出現分層的現象，證明對疲勞性是沒有影響的。這個我們2016年做的兩套56.8米的葉片，一套是基于高分子電熱膜的，一個是談玻混電熱織物的系統，這是56.8米2016-2017年冬季的運行情況，在最低溫度為-6度的覆冰環境中，葉片防/除冰加熱系統開啟后，葉片表面溫度快速上升，葉片表面冰層融化或維持在一定溫度范圍，葉片表面將不再覆冰，覆冰期間樣機的風速和功率關系是正常的，而其他附近機組在相同時段因為覆冰嚴重而停機。我們客戶通過統計，在一次3天的覆冰期，防/除冰葉片樣機機組相比其他停機機組多發了約4萬度電。

　　目前我們這項技術已經在54米的葉片進行小批量的推廣，目前制作了將近40套的量。這就是我的回報。

　　謝謝大家。

　　（根據發言整理，未經本人審閱）