株洲時代新材料科技股份有限公司運維事業部總經理姚運帥：葉片防除冰技術研究及解決方案

2023年10月16日-19日，2023北京國際風能大會暨展覽會（CWP2023）在北京如約召開。作為全球風電行業年度最大的盛會之一，這場由百余名演講嘉賓和數千名國內外參會代表共同參與的風能盛會，再次登陸北京，聚焦中國能源革命的未來。

本屆大會以“構筑全球穩定供應鏈 共建能源轉型新未來”為主題，將歷時四天，包括開幕式、主旨發言、高峰對話、創新劇場以及關于“全球風電產業布局及供應鏈安全”“雙碳時代下的風電技術發展前景”“國際風電市場發展動態及投資機會”“風電機組可靠性論壇”等不同主題的21個分論壇。能見App全程直播本次大會。

10月18日上午，株洲時代新材料科技股份有限公司運維事業部總經理姚運帥在風電產業技術創新論壇I上發表題為《葉片防除冰技術研究及解決方案》的主題演講。

以下為發言全文：

大家好，下面我就《葉片防除冰技術研究及解決方案》做簡單的分享。

時代新材是中車旗下的子公司，以高分子改性材料為核心，目前的產業延伸到軌道交通、風電、汽車、新材料領域，目前規模達到150億元，也在全球10多個國家有子公司和辦事機構。

2006年成立風電產業事業部，2020年出貨達到10GW，累計出貨2萬套，在海外也有一些籌辦的工程，也是國內少數幾家具有獨立自主研發體系的企業，年產量超過3000套。就葉片的防除冰技術來講，冬季結冰是非常難的問題，涉及到區域廣，嚴重影響冬季發電效率和機組安全。國外數據統計顯示，54%的機組停機是由于冰導致的。

同時，葉片的結冰危害非常高，將會極大的改變葉片的氣動外型，也會導致機組加重。冬季往往是風資源最豐富的時候，如果機組不能正常運行，給業主帶來的損失非常大，單臺年損失電量高達百萬度。另外結冰之后容易出現甩冰現象，會給當地的居民帶來威脅。

葉片的防除冰技術存在難點，前沿區域結冰嚴重，隨著轉動速度會達到90-100米，這個時候冰層的生長非常迅速，與葉片之間的結合強度非常高。不同風電場的溫濕環境差異巨大，會導致結冰形態不同。結冰雖然是非常常見的自然現象，但實際上結冰在自然界、化學和物理領域，理論模型是非常復雜的。不同的氣候條件，導致結冰是完全不一樣的，這個給防除冰帶來非常大的難題。

當前，防除冰有很多的技術，葉片領域用最多的是疏水涂料，這個是市場上最廣泛的方式。主動式的技術當中，包括加熱、機械、電磁脈沖、微波，這些方式都不是特別的主流，簡單對比一下技術

比如說涂層技術可以在出廠的時候做加裝，但是壽命有限，尤其是風場環境惡劣壽命縮短。在加熱技術方面，氣加熱是葉片出廠之前和風場運行之后進行改造，它的好處是不改變葉片的氣動外形，在某一些區域防除冰效果也是不錯的。電加熱除冰在運維階段技改很困難，主要是受天氣的影響比較大。

無人機防除冰難度比較大，微波和脈沖在實驗室階段，尚不具備在風機上的方案。溶冰劑對環境有一定的污染性，效果一般。

時代新材的解決方案，圍繞上述幾個方向進行解決。2011年相繼研發氣熱、電熱等技術，并且進行中和。2011年-2022年完成綜合方案，進行樣機的安裝和小批量的試制。10年期間，累計技改157套防除冰機組，海外也裝54套。目前覆蓋中部和南部的大部分省份，可以說典型結冰比較嚴重的區域我們都有案例。

同時，時代新材注重知識產權的布局和保護。另外有我們牽頭的風力發電機組，能源行業的標準也進入到意見征求稿的階段，這樣對于防除冰系統的設計，會起到一定的促進作用。

氣加熱的防除冰解決方案，這個與熱吹風機是同一個原理，將空氣加熱之后形成回路，通過加熱的空氣帶動葉片本體加熱，從而實現對外面的除冰。在設計時，會根據葉片的材質、結構、厚度、外部理論溫度進行加熱。氣加熱時間一般會在1小時左右，下面是對溫度場進行仿真，同時也對葉片加裝之后的測試。

氣加熱在風電場的效果受到環境和運行狀態很大的影響，葉片本體是玻璃鋼材質，我們在設置加熱體時，要求溫度不應該超過60攝氏度，這與葉片運營環境計算，理論極限的溫度大概是-8度，我們有做過零下10度左右的案例，這是比較特殊的。

電加熱原理非常的簡單，在外面鋪設碳纖維加熱元件，從而實現外表面的除冰，加熱的效果也很直接。

在設計時會根據葉片的氣動外形，以及化冰的情況，來定制化加入組件的鋪設區域，技改這是非常困難的方案，往往會在設計當中做許多的妥協，因為開始設計的時候不會考慮到很多部署的問題。但是我們現在也開發一些風電場技改的方案，可以解決一些問題，電加熱是比較典型數據70-90%。

當前單一的防除冰技術存在局限性，氣加熱效率比較低，存在除冰不均勻的問題。葉片結冰之后會停機，這個時候如果僅僅對葉片的前院進行除冰很難。在涂層方面適用性很窄，單獨的使用效果不佳，一般來講如果單獨使用某一種技術，它的應用范圍非常窄，也是無法完全解決業主的需求，這個時候要采用綜合解決方案。低成本、高效的定制化解決方案，這個是解決業主困難必備的選擇。通過對不同防除冰技術研發出不同的組合形式，形成多種的技術方案，目前可以對過去幾年的數據進行篩選，定制化開發組合方式，比如說在后端位置進行氣加熱，其他的位置進行涂料組合。用這樣的方式，使得結冰的問題得到有效的解決。

下面是典型案例，這個葉型因為設計的除冰溫度非常低，環境比較苛刻，除冰期也非常長，這個方案前源鋪設碳纖維加熱層，后院使用氣熱。項目批量出口瑞典通過考核，項目在2015年、2016年進行裝機，目前已有8年的時間，所以比較好的解決當地葉片結冰的問題。

另外一個案例是在貴州畢節的風場，設計加熱功率100千瓦，除冰溫度是零下10度。這個方案的特點是使用多種涂料的組合，在不同的區域進行涂附觀察除冰效果，前面使用電加熱，后面使用氣加熱，可以實現70%損失電量的挽回，達到裝機的目的。

葉片防除冰技術發展廣闊，風機防除冰技術的應用可以給業主帶來直觀的效益，也可以解決電網在冬季用電安全的問題，所以在南方的幾個省份，包括湖南湖北、貴州都是可以將這個技術進行推廣，目前的高成本限制系統的推廣，在技改方面成本尤為高地尤其是熱的技改方案，需要非常長期的實施，對于業主來講技改的損失比挽回電量的增發，還沒有收回成本，現在現場實施工藝技術不是特別的成熟。

在新風場規劃時要考慮到冬季的結冰問題，開始要提出要加裝防除冰系統，從而減輕后續技改的成本。目前來看，風場在生產階段加裝防除冰系統只有技改的二分之一，對于業主來說越早規劃，獲得的收益也越大，我的分享到此結束。 

（根據演講速記整理，未經演講人審核）