科创中国
风机叶片防冰冻技术
发布时间:
2021-11-21
截止日期:2021-12-31
价格 200万
地区： 湖南省 长沙市 芙蓉区
需求方： 国电***公司
行业领域
新能源产业
需求背景
近年来，我国的风电装机容量和风力发电量增长快速，风能已经成为我国发电量排名第一的新能源，我国幅员辽阔，地势、气候各异，低温、大风、暴雪、冻霜、冻雨等恶劣的气候条件对风电机组的正常运行有多方面的不利影响。（1）叶片结冰会产生较大的冰载，从而影响风电机组的负荷和出力，使叶片阻尼等结构特性发生变化，振动加大，寿命缩短，低温也可能导致风电机液压系统不能正常工作，最终使得风机机组的发电率大打折扣。（2）当遇上持续的冻霜、冻雨、暴雪等天气，风速风向仪上会覆盖大量的雨雪使其被冻结而无法正常测量，雾淞、雪淞附着在风速仪上改变了表面形态，导致测量值小于实际风速，风电监控系统频发“风速小功率大”的报警，使风电机组停机而影响发电量。当雾淞、雪淞挂覆在风向标上时，会导致风向标不准，偏航系统从而无法使风机跟踪最佳风向。（3）叶片覆冰后，每个叶片上的覆冰厚度不同，随着温度升高，冰块、冰凌会随时脱落，对机组和现场人员造成安全隐患。
云贵、两广、两湖、江浙等地的风电项目容量巨大，而这些地区的风电机组普遍面临冬季结冰问题，曾出现过大面积的风电机组覆冰停机事故，严重影响风场的开发和盈利。以云贵地区为例，贵州叶片覆冰的气象条件是：气温下降至-5-0℃，相对湿度大于90%，风速1-8m/s，多数地区持续时间10 d以上。大气系统静稳时，由于低温会产生低于0℃但仍未结冰的水滴，这种过冷水掉落在叶片表面上会马上结冰。随着凝冻天气的持续，叶片积冰会越裹越厚，完全无消融脱冰机会，因而形成大冰凌。
基于这些问题，世界各国正在大力开展风力机组防覆冰的新技术。对于我国而言，风力发电在我国以及世界各国能源结构中所占的比重越来越大，然而随着全球气候条件越来越差，风力发电在覆冰期受到的制约越来越严重，大大降低了风力发电的效率，所以解决风机叶片覆冰问题具有重大的现实意义。
需解决的主要技术难题
目前开发的叶片防冰涂料主要有三类：（1）超疏水型涂料，通过延迟过冷水滴的相变，并在发生相变前，外力扰动驱散过冷水滴，同而实现防冰；（2）电发热型功能涂料，通过电加热融化的方式清除表面粘附的冰层；（3）牺牲性临时防护涂料，借鉴船舶牺牲油漆“自抛光“原理，寿命短暂（3天~30天）冰层附着到一定厚度（约20mm）后依靠叶片离心力甩出。其中以疏水型防冰涂料研究最为广泛。
研发的超疏水防冰涂料主要存在如下问题：（1）易受物理破坏，例如雨蚀，沙蚀，紫外光老化、冷热循环；（2）不耐受化学腐蚀，例如大气降水中的酸碱环境导致的水解、污染对风电叶片表面的破坏；（3）不耐受环境污染，例如空气中的***粉尘堆积，昆虫残骸粘附都会对涂层表面的超疏水结构造成毁灭性破坏，如果进行不清洗，疏水效果基本失效。就风电防冰领域而言，叶片表面局部破坏都会导致整体防护失效，叶片表面局部结冰即可导致风机受力不均而被动停机。市场尚未有技术成熟的防冰涂料商品销售
期望实现的主要技术目标
通过不断研究，实现叶片表面在冬季不发生覆冰现象。利用低表面张力改性高分子材料为成膜物，经固化形成具有稳定物理结构和疏水疏油性能基础涂层；并辅以具有特定疏水结构的纳米颗粒共同制备防水防冰涂层。利用高分子材料的低表面张力，削弱水汽在涂层表面的润湿能力；纳米材料在涂层表面堆积形成微观粗糙度，降低雨雪接触面积。
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