风机叶片防冰、除冰方案探讨
摘要：对于安装在湿度大、高寒地区的风机，其叶片、风速仪等部件容易结冰。

叶片结冰会对风机运行造成极大的危害，该文重点介绍叶片防冰、除冰的措施方案，比较分析各方案的优缺点。

关键词：叶片结冰防冰除冰
风能是一种取之不尽、用之不歇的可再生能源。

近年来，风力发电得到世界各国的普遍关注和优先发展，然而丰富的风资源基本上分布高寒地区和湿度大的沿海地带，环境极其恶劣。

风力发电机在低温条件下，若遇到潮湿空气、雨水、冰霜、雪，特别是遇到过冷却水滴时，其部件就会发生冰冻现象。

叶片结冰对风场、机组运行及人员安全都会带来一定的影响[1-3]，降低发电效率，增加运行载荷与噪音，甚至危及风机及现场维护人员的安全。

因此，叶片防冰、除冰工作显得尤为重要
1 叶片防冰、除冰方案
国外风机厂商，如Enercon、Siemens、Vestas等针对叶片防冰、除冰做了很多研究工作。

尽管他们的研究成果尚未成熟、未商业化，但其极具参考意义。

机械除冰可分为人工除冰、膨胀管技术除冰两种。

人工除冰借助于操作平台，效率低下，且操作危险系数高，只在覆冰极严重的情况
使用。

膨胀管技术除冰，原理如图1。

在最容易结冰的叶片前缘粘贴橡胶膨胀管，利用巨大的叶片离心载荷使其自动膨胀，膨胀后冰层自然脱落。

2 被动式除冰
2.1 吸热涂料
叶片外表面喷涂黑色涂料，使叶片呈现黑色。

黑色比其他颜色吸热效果好，可以增加叶片表面温度，实现除冰目的。

[4]
2.2 疏水涂料
防结冰油漆是目前应用范围最为广泛的叶片抗结冰材料，其工作原理是降低叶片表面能，提高疏水性。

优点是成本低，无需特殊的雷电防护，后期维护简单,易于推广。

2.3 化学药剂
对于叶片结冰严重的现象，用化学药剂除冰也是可行的。

除冰速度快，效率高；但会污染叶片表面，需要经常维护。

3 主动式除冰
3.1 电加热
除冰可分为内部电加热和外部电加热两种方式。

内部电加热方案
是在叶片内部贴上导电器件，如加热丝。

在叶片结冰时，通电提高叶片内部温度，利用热平衡原理将内部热量传导到叶片外部。

外部电加热方案[5]是在叶片外部贴上导电器件，如导电膜（图2）等，在叶片结冰时或者结冰后，通电提高叶片表面温度，从而避免结冰或者融冰。

3.2 内部通热风
Enercon首创了该除冰方案，在叶根靠近法兰的筋板上安装暖风机（如图3），热风流动通过筋板的引导，沿着前缘流向叶尖，再回到两筋板之间（见图4）。

利用这种方式加热，叶片内部最高可达72℃，除冰效率高。

3.3 组合除冰方案
将两种或两种以上除冰方案组合，以此来实现各方案的优缺点互补。

Enercon E-126 7.5MW风机叶片叶根、叶中段粘贴电加热膜，叶尖采用热风加热（原理如图5）。

4 各种方案优缺点分析
综合对比以上各种防冰、除冰方案，其优缺点对比见表1。

5 结语
(1)风电行业的发展前景广阔，但风机叶片结冰缺乏有效的解决
方案，一定程度上阻碍了风电的发展。

研究叶片除冰、防冰方案，有利于推动风电行业健康有序的发展。

(2)采用抗结冰油漆（疏水涂料）方式是经济性最好的可行方案。

研究抗结冰性能更好的涂料，是解决风机叶片的首选方案。

(3)对于主动式除冰方案，尤其是Enercon的组合方案，其高效率、低风险，也是叶片除冰方案的发展方向之一。

(4)随着新技术的产生与发展，会有更多新科技用于叶片防冰、除冰，如微波除冰、导电油漆、金属镀膜等方案。

参考文献
[1] Homola M.C.Impacts and Causes of Icing on Wind Turbines.Narvik University College.2005.
[2] Ian Baring-Gould. al.Wind energy projects in cold climates.2012.
[3] Seifert H.Technical requirements for rotor blades operating in cold climate.Deutsches Windenergie-Institut GmbH.2003.
[4] John Maissan,JP Pinard.Wind Energy Research, Development and Operation in Harsh Arctic Environments.2011.
[5] A. Albers.Summary of a Technical Validation of ENERCON’
s Rotor Blade De-Icing System.2011.
[6] Christoffer Jonsson.Further development of ENERCON’S de-icing system.2012.
[7] Vestas De-icing Solution.http://winterwind.se/2012/download-presentations.
[8] Hans Gedda.State of the art and benefit of de-icing and anti icing technologies.2012.。