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風力發電葉片結冰危害解析

作者:小精靈 發布時間:2022-03-26 10:42:30點擊:107144

信息摘要:

本文章著重分析了風力發電葉片結冰的危害還有原因,還分享了一些相關數據

風力發電葉片加冰危害解析

結冰危害

1、當風機葉片表面大量積冰時,由于每個葉片上的冰載不同,使機組的不平衡載荷增大,從而降低風機的零部件壽命,對機組造成較大的危害;2、由于積冰厚度不一,葉片原有的氣動外形將發生改變,降低機組的風能利用系數,從而造成發電功率降低,嚴重時還可造成風電機組無法正常啟動;3、風機上的測風儀結冰后,將無法正常工作,使測量數據不準,影響機組的正常運行和控制;4、結冰后,如果風機繼續運行,拋出的冰層碎塊或掉落的大冰塊可能會傷害到風機自身及其附近的人或物。

低溫影響

1、由于空氣密度隨著溫度的降低而增大,因此低溫環境會造成風電機組額定出力增加,出現過發過載的情況;2、風機出現低溫疲勞問題,嚴重情況下可造成焊縫斷裂;3、風電機組所使用的潤滑油將隨著溫度的降低粘稠度增大,流動性變差,風機需要潤滑的部位可能無法得到充分的油量供應,從而危及風機設備的安全。因此,在冰凍災害天氣發生前的有效預警時間內準確高效地傳遞天氣預測預警信息至關重要。高精度氣象預測預警服務方案,可以最大程度上預防葉片結冰對機組的危害,優化客戶資源配置,降低客戶財產損失,確保人員和設備安全。

為什么風機葉片上會結冰

當環境中濕度較大并且溫度低于0度時,風機葉片就有可能會出現結冰的現象。在環境濕度一定的情況下,如果風機繼續運行,葉尖相對速度大,相應的葉片表面換熱系數就大,并且過冷水滴以及濕雪在葉片表面的堆積速率增加,從而導致葉片運行過程中,更容易加劇結冰。

葉片上的結冰可謂五花八門,影響風機運行的結冰類型主要有云中覆冰和降水覆冰,其中云中覆冰是指過冷水滴高速拍打在結構表面而凍結,又分為明冰和霜冰;降水覆冰主要指融雪在低溫下重新凍結。明冰形成的過程較慢,因此相對密實,成透明色,附著力大。由于其冰型不規律,對葉片氣動影響嚴重且附著力大,不易脫落;而霜冰形成較快,冰粒之間充滿空氣,因此成乳白色,其形狀較光滑,對氣動影響過程緩慢且附著力小,較易脫落。融雪在低溫下重新凍結后,附著力介于明冰與霜冰之間,對氣動的影響也介于兩者之間。

值得注意的是,風機結冰對發電量、葉片以及整機都存在較大負面影響和危害,所以確保機組運行安全是結冰期運行的最高考量要素,以規避風險并盡量降低經濟損失。比如,某風場風機由于葉片結冰后持續運行,最終導致葉片超載斷裂、機組倒塌的事故(見圖1)。

 

1:風機由于結冰導致葉片斷裂、機組倒塌

葉片上結冰的危害有多大

通常來看,葉片結冰會最先發生在翼型敏感的前緣部位,這會明顯降低葉片升力系數,增加葉片阻力系數,導致發電量降低,圖2描述了葉片覆冰后的功率曲線異常波動情形。更嚴重的是,進一步的覆冰會導致翼型失速攻角提前,葉片進入失速區域,氣動特性發生劇烈波動,從而引起風機葉片顫振,甚至引起整機的共振。如圖3所示,葉片嚴重覆冰后,其上翼型的失速攻角提前至7.5°。當該截面攻角大于失速攻角時,該截面升力系數急劇下降,會引起葉片額外的載荷波動以及結構振動,損害葉片的疲勞壽命。

同時,覆冰所帶來的冰塊附加重量,以及升阻系數的巨大變化,會使得整機的靜載和動載明顯增加,極有可能最終引發極限超載,導致葉片斷裂甚至機組傾覆的災難后果。而在化冰期間,隨著環境溫度上升引起覆冰的融化,伴隨葉片的高速運行,葉片表面冰塊甩出可能會造成嚴重的安全事故,造成周邊居民的財產損失和人員傷害。這風機葉片上結冰的危害之大真是令人驚心!

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2:覆冰后的功率曲線異常波動

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3:翼型結冰前后升力系數


本文標簽:
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