贾士一 岳粉庆

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1 风力发电机叶片防覆冰技术

1.1 利用有机试剂进行防冰 在风力发电机叶片的防覆冰技术中，常会使用到一些有机试剂作为防冻液，例如异丙醇、乙醇等，将其喷洒在发电机叶片表面，使之与表面的水分进行充分混合后，能有效降低冰点。这种方式虽然较为简便，但是它的缺点也较多，比如一般需要利用大量有机试剂污染环境，防结冰时间也比较短，只能临时使用不能大规模使用，在比较严重的冻冰情况下无法适用[1]。

1.2 机械法进行除冰 机械方式对发电机叶片进行除冰应该是目前使用频率较高的方式。一般会先进行人工碎冰，然后再由机器运转时利用离心机力、振动将破碎的冰除去[1]。这种碎冰方式较为费时费力，目前还有一种，利用超声波技术进行除冰[2]。超声波在介质中传播时产生LAMB波，在谐波振动影响下产生SH波，利用两种波长速度差异，可以使叶片与冰层间产生剪切应力。如此当超声波高频振动能量达到最佳除冰的频率时，就可以将叶片上的覆冰进行击碎去除。这项技术应用效果极佳，但对工艺有较高要求，同时除冰的成本费用也较多。

1.3 加热防冰、除冰法 通过对发电机叶片进行合理可行的加热手段，提高叶片表面温度，也可以除去冻冰。一般可以选择热气、电能、微波等方式进行加热。利用微波能对冰层表面进行加热，降低其附着在叶片表面，然后再利用叶片运转时的离心力将冰层去除。对于低温地区一些发电机组设备而言，为保证仪器内各电子组件可正常作业，除了可以在发电机叶片内组装相应的电热原件。还可以在将加热装置安装在风机轮毅内，有效保证管道内暖气进行循环，叶片加热从而起到防冰除冰的目的。这类除冰技术相对简单，但却需要耗费更多的电能。

目前还研发出两种新的技术，新型磁热材料防覆冰技术与碳纤维加热除冰技术。前者主要利用“磁致热效应”的原理，由北京科技大学材料科学与工程学院对低居里温度FeNiCrSi合金磁热材料进行改造，研究出新型的LaFe10.78Co0.92Al1.3合金磁热材料，大大提升了放热效果，将其应用于制备发电机叶片材料，可有效进行防覆冰。后者主要利用碳纤维具有耐高温、腐蚀、抗性强的特点，将其制造成增强型的塑料复合材料。由此类材料制成覆冰控制系统，通过在发电机叶片下埋入整个系统，由电源所控制，利用碳纤维电加热叶片能得到较好的除冰效果。此技术也对工艺有较高要求，实行投资成本大[2]。

1.4 利用防冰涂层 在发电机叶片防覆冰方法中，还可以在叶片表面涂防冰涂层，减小冰与叶片面的结合力，这些物质类型有丙烯酸、有机硅等。在实际应用中也发现此类方法防冰效率高，附着的冰量可以减少75%左右，较为理想。方法简单可行，对叶片还具有抗腐蚀性保护。目前还有一项新的研究，超疏水纳米材料涂层防覆冰的技术。该技术主要利用“荷叶效应”(“疏水效应”)的原理，在荷叶表面存在乳突，每个乳突上还附着许多蜡状突起，由于这些蜡状突起之间存在有排斥性，从而导致荷叶表面被有效保护，阻止外来液体的渗入。在航天航空、电力线路、高铁等领域超输水纳米材料涂层都有相关的研究应用。据此，可利用纳米材料研发出可以疏水防冰的材质应用于发电机叶片上[2]。

2 风机叶片防覆冰和除冰技术展望

发电机风机叶片形状有平板型、流线型和弧板型，一般在应用中多选择流线型设计，随着风机发电技术的普及，技术也越来越成熟，所以为了提高发电功率，叶片也变得长而大。制造发电机叶片的材料主要有铝、钢、玻璃钢等，较纯金属材质的叶片而言，玻璃钢叶片的加工工艺简单，工序周期短、性能稳定耐腐蚀性强，所以常应用于规模化的风力发电领域。目前国内外在对发电机叶片组进行设计的过程中，由于技术、成本的问题，很少将防冻技术进行考虑，这也就为叶片由于覆冰的影响从而导致设备损坏，降低发电量的效率。但据有关统计表明，在2020年度内，中国安装了7167万千瓦的风力发电机，风力发电量为4665亿千瓦，与去年相比增长了15%。风力发电机的使用比重相对较大，所以为了维护设备的正常运转，有效减少叶片的覆冰影响，结合上文提到的关于发电机叶片防覆冰和除冰技术的实际研发应用情况，总结了如下的解决策略:第一，需要继续研究开发新的可以有效防防覆冰的设备材料，降低材料的应用成本，提高可实用性价值；第二，加大力度对风力发电机叶片进行改造，尤其在设计环节可以在内部增加电热系统，并且开发设计外部加热源，从而实现通过内外加热的方式有效减少冰的产生。第三，节省人力，开发除冰机器人，利用人工智能技术，设计机器人进行线下除冰作业。

3 结束语

综上所述，为了防止风力发电机叶片覆冰，可以采用在叶片表面喷洒有机防冻液或涂抹防冻层，当已经附着有较厚的冰层时，可以采用机械破碎、外源加热融化的方式去冰。每种方法都有相对的优缺点，为了能够实现更好的去冰性能，因此要结合于叶片的材料性质综合考虑研究新的预防结冰的技术，例如研究疏水性能的纳米材料应用于叶片材质中，或者将磁热材料铺设叶片内部。要积极学习引进国外先进技术，改善我们所已有的技术，降低工艺成本。同时结合我国地域特点，在节约资源实现环境保护的前提下，早日开发出能够适合我国风力发电产业所需的性价比较高的设备技术，为我国电力行业做出一分贡献。