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1、风场叶片结冰的分析报告1、现状2010〜2011年,风机出现叶片结冰，同时出现发电量低的现象，风速约9m/s时,输出功率仅为100KW。山西因雨夹雪气候的影响,24台机组全部出现风速与输出功率不匹配现象。2、国外情况介绍目前，关于风机机组结冰（主要是叶片结冰）引发的不利因素,在国际上还是一个难题。在风力发电技术发展较快的欧洲也存在同样的问题，如在德国、瑞典、瑞士、挪威、芬兰及加拿大等国家和北美地区。在全球范围内，因严重的冰雪灾害而造成风力机组停机的事故屡见不鲜。在2002〜2003年冬季，由于冰雪而引发瑞典Appelbo地区风力机组停机7周的事故。据瑞典
2、统计数据显示,在1998年〜2003年间，总共发生过1337起类似的停机事件，其中92%的事件与寒冷气候有关，造成了8022小时发电量损失［1］。在1996-2001年间芬兰，由于严重冰灾分别造成19、21、29、38、61和61台风力发电机组1280、495、196、581、739和4230小时发电量损失［2］。在加拿大Murdochville地区装有60台V80-1.8MW风力发电机级108MW）,该地区每年的11月到4月期间，有12%的时间处于冰雪气候，不计严重冰灾，仅轻微的叶片覆冰而造成的年发电量至少损失至少在1%以上［3〜4］。为了更深入认识寒
3、冷气候对风力机运行和性能的影响，国际能源署于2001年确立了编号为19的新项目——寒冷气候风能，这个项目由各成员国共同参与，主要目的是测绘和收集在冰雪和严寒气候条件下风机运行的相关参数和操作经验，有助于改善风机在寒冷气候条件下的运营。详细资料可以参考国际能源署关于该项目的出版物《寒冷气候风能先进技术》[5]o3、叶片表面结冰原理叶片表面结冰，是水在温度跨过冰点时的一种物相转变过程，只要温度在零度以下，水变成冰是一种无法阻止的过程。叶片表面结冰主要分三种形式：雨;松、雾;松和混合;松。雨;松:粒径较大的过冷却水滴，碰撞在叶片表面，先散开成水膜然后冻结成冰凌
4、，呈湿增长方式。一般发生在0-5°C，空气中含水量较大情况下，在叶片表面形成光滑、透明的坚固冰层。这种冰层比重较大，粘附力强。雾;松:粒径较小的过冷却水滴，随气流浮动，在碰击叶片表面瞬间既冻结成冰凌，呈干增长方式。一般发生在-5°C以卞，空气中水含量较低情况下，晶体结构不规则，容易在叶片表面形成不平滑的冰体。这种冰体白色疏松、比重小、粘附力较弱，通常发生在叶片的迎风面。混合;松:不同粒径的过冷却水滴，随气流浮动，在碰撞叶片表面瞬间，部分呈干增长，部分呈湿增长。冰体呈半透明状，比重中等,常在叶片的迎风面冻结，具有一定的粘附力。在我国东北地区，由于冬季气候干
5、燥，温度较低，所以通常在叶片表面容易形成雾;松或混合淞。另外，叶片的长期运行过程中，由于叶片表面沾有污渍、前缘腐蚀、叶片表面粗糙度较大等因素都有利于叶片表面覆冰的形成。4、结冰对机组性能的影响叶片结冰主要集中在迎风面，且叶尖的冰雪沉积大于叶根，冰雪的累积和不规则脱落都会影响机组输出功率。当叶片表面轻微覆冰时，可产生足够的表面粗糙度而降低叶片气动性能，降低机组功率输出；当叶片严重覆冰时，可使叶片转矩降低为零，完全停止功率输出，当然覆冰不均导致振动过大也可造成停机。叶片覆冰对整机输出功率的影响取决于覆冰的重量、覆冰后翼型的形状、覆冰的位置分布、叶片设计和风机
6、控制。以VestasV80-1.8MW风机进行仿真分析，在雨;松(glazeicing)条件下，叶片覆冰可达709Kg,占叶片重量的11%(叶片总重量6500Kg)；在雾；^(rimeicing)条件下，叶片覆冰可达434Kg,占叶片重量的6.7%O研究结果表面,两种情况下的覆冰对叶片的阻力影响较大：叶片的阻力沿叶片轴向以指数次增长，雨;松时叶尖阻力增加了365%,雾;松时增加了250%,而在两种条件下叶尖的升力均减小了40%⑹。Xinwang,EricL.Bibeau等人在实验室模拟了叶片结冰对风机输出功率的影响,研究结果显示：在较低温度下，叶片表面结
7、冰为雨祗(grazeicing),覆冰厚度为9.4mm时,输出功率降低了62%；当叶片表面结冰为雾)^(rimeicing)，覆冰厚度为8.5mm时，输出功率降低了80%,如图4.1所示⑺。图4.1在极端冰载情况下风机功率损失MatthewC.Homola和MuhammadS.Virk等人采用数字仿真的方法，模拟了风轮直径为126米的5MW风机在气温・10弋、风速10m/s、水分含量0.22g/cm3x液滴体积中径20pm条件下运行1小时后对风机功率的影响，试验结果显示，在该模拟条件下,风机输出功率降低了27%[8]O图4.2是芬兰技术研究中心(VTT)
8、关于覆冰情况下对失速型定浆距风机和主动变桨距风机输出功率的影响的研究结果，从结果
