详细解读 Enercon 的叶片除冰技术

　　在正式内容之前，有必要先说说风电机组叶片结冰带来的问题：

 

　　一） 结冰使得叶轮的三个叶片不平衡，从而产生额外的震动和载荷，很多时候也会引发震动停机；

 

　　二）结冰坠落带来潜在的安全问题；

 

　　三）结冰会降低叶片的气动性能从而影响机组出力；

 

　　四）结冰严重时，不得不长时间停机以保障机组安全。

 

　　所以，风电机组的叶片结冰会给风电场的运行安全和发电效益带来双重的困扰。

 

　　Enercon 是德国最大的风电整机制造商，也是世界范围内产品和技术最有特色的一个企业，叶片除冰 (De-Icing) 是 Enercon 在机组介绍中重点宣传的技术之一。根据 Enercon 的技术文献，我写作了本文，相信对大家有参考意义。

 

　　一个完整的风电机组除冰方案应该包含两个部分：结冰检测系统和叶片除冰系统。

 

　　检测方法是以机组运行数据为基础，用功率曲线分析法进行判断。这个方法并不新鲜，也不是 Enercon 独创，它主要根据三个量来判断：风速、功率和变桨角度。这三个量的相互关系反应了叶片的气动特性，如果叶片结冰，则气动特性受到影响，这三个量的关系会表现出异常。

 

　　最简单的例子是，当额定风速以下时，变桨角度在零度，如果叶片结冰明显，功率会明显变小。从 Enercon 提供的数据来看，这种方法可以取得良好的效果。这个方法的核心竞争力不在方法本身，而在于用大量运行数据和实验数据得到的工程经验和判断阈值。所以，方法简单，能不能用好要看很多其他因素。

 

　　另外，用户也可以选择在机舱尾部加装结冰检测器，然后结合功率曲线分析法进行检测，这样可以大大增加判断准确性。在 Enercon 的官方说明里，提到他们会为有要求的客户提供 Labkotec 的传感器，和机组内的结冰检测算法一起进行结冰判断。Labkotec 是芬兰的一家传感器制造商，该厂商提供一种型号为 LID 3300IP 的结冰检测器，如下图所示。其结冰传感器就是图中椭圆形的部件。

 

　　Enercon 的叶片除冰系统

 

　　叶片除冰系统的主要任务是当检测到叶片结冰后，把叶片均匀安全地加热到零度以上，从而帮助叶片除掉覆冰。Enercon 的方案是这样的，我们直接看图：

 

 

　　图一：系统组成

 

　　如图中所示，这个系统分为两部分，一部分是图一中浅红色部分，从接近叶片根部开始铺设的加热板，Electrical heating pads，另一部分是由伸向叶尖方向的导热管道、接近叶片根部导热管起始位置的空气加热单元，Air heating element 和 叶片根部安装并和加热单元连接的通风机，Ventilator。

 

 

　　图二：叶片内部导热管的安装实图

 

　　通风机使被加热的空气通过导热管道送到叶片的上半部分，并形成热流循环，大家可以注意下图一中叶片上半部分的黑箭头，它们代表热气流的流动方向，配合下半部分的加热板，使得整个叶片受热均匀。

 

 

　　图三：红外成像结果

 

　　上图是对加热中的叶片进行红外成像的结果，可以看到，整个受热的情况还是比较好的，受热覆盖面积比较大，并且均匀受热。

 

　　整个除冰系统看上去并不复杂，并且所用的都是很经典的装置。所以，根据 Enercon 的说法，这个系统的成本并不高，安装和维护也简单，也不会给机组带来附加的负担和复杂度，是个独立的执行系统，它可以在机组运行时开始工作，而不需要机组停机。

 

　　以上，就是 Enercon 的除冰技术的详细情况，整个方案可以用朴实无华来形容。