低温環境下的風電叶片結冰問題
低温環境給叶片乃至整個風機都带來了嚴峻(jun)的(de)考驗，風機維修，單就叶片而言(yan)，低温環境(jing)所导致的叶片(pian)結冰問題、材料及結構性能改變(bian)的問題(ti)、载荷改變的問題等，都需要我們有更優 秀的解決方案和(he)更細致的設計考(kao)虑。本期译評主要针對可谓目前風電领域的一個全球範(fan)围的难題，即低温環境的叶片結冰問題進(jin)行討论。
沿海(hai)及较(jiao)容易安裝的内陆地區，如三北地區已經陆續裝(zhuang)满(man)了風機，目前(qian)風機在南方地區和山區大量(liang)裝機，海上風(feng)機也大多在研究和发展的阶段(duan)未得到较大批量化。另一方面，現有(you)風機(ji)塔筒高度不断提升，因此(ci)即使(shi)在沿海地區，冬季里大量風(feng)機都會(hui)触碰到较低的云層。海上超大尺寸叶片將存(cun)在怎樣的結冰問題，由於缺乏较好的(de)測量方法(fa)和必要的信息，目前尚不清晰。
内陆地區特別是山區，大尺寸風機(ji)在運行和停機時都會受(shou)到結冰問題的影響。盡管早期考虑結冰問題的風機，試運(yun)行時安裝了带特殊傳感器和相應配套設施的加熱除冰(bing)系統，积累了一定(ding)的經驗。然而至今市場上也没(mei)有成熟且標準化的低温風機出現。本文概述和(he)討论了低温結冰問題及其解決方案，针對不同的低温環境對(dui)除冰系統的需求(qiu)給出了相應的指导意见。
1、低温對(dui)風(feng)機設計的影響
低温(wen)因素(su)在很多方面影響風機的設計：冰和霜以及低温下空(kong)氣密度的上升對風機氣動有较顯著的影響(xiang)，進而影響風機(ji)的载荷(he)和功率輸出。低温會(hui)导(dao)致叶片附着较大質量的冰層，从而會改變風(feng)機叶片的頻率，進而改變(bian)其動態響應行為(wei)。同時(shi)，控製系統也會受(shou)到影(ying)響。由於結冰改變(bian)了叶(ye)片的氣動外形，从而导致了叶片失速可能比(bi)設計预期提前或延后(hou)。那麼電(dian)動或液壓變(bian)桨控製對應的配置也應随之改變。叶片結冰會导致風機的檢測信號系統发生故障从而(er)反饋错误信號(hao)。極限低温需要改(gai)變風機部分(fen)部件的材料，例如常(chang)用的鋼材會變(bian)脆。
風機維修廠家
風機本身運行的安全性(xing)及其周围環境的安全性都會受到低温或結冰的影(ying)響。風機運行時抛出的冰層碎块或掉落的大冰块可能會伤害(hai)到(dao)風機附近的人或物。風機結構自身的完(wan)整性也會受到(dao)結冰叶片的不平衡或不對称的影響。由於結冰改變了風機部件(jian)頻率可能引(yin)起共振，也會增大風機的疲劳(lao)载荷。空氣密度的上升可能(neng)會增(zeng)大载荷和最 大功率輸出。如(ru)果風機没能自(zi)動反應，電機或傳(chuan)動(dong)鏈可能會烧坏，齒轮箱可能(neng)過载或损坏(huai)。
一些風電項目的經濟(ji)性也會受(shou)到低温環境的影響，特別是(shi)在潜在結冰较(jiao)多的地區。在这些地區(qu)做風(feng)機項目規劃，需要预測(ce)結冰发生的類型和周期(qi)，需要通過了解功率(lv)輸出情况及由於結冰导致(zhi)的停機時間來预測與風况相關的温度頻谱分布。如有必要，可能存在目前IECI-IV類風况不能覆(fu)盖特定的低(di)温風况，需要做特殊定義。特定低温工况的風機可能需要特定(ding)的設備，如需要在叶片、齒(chi)轮箱、電路板等部件考虑加熱元器(qi)件，采用適用極低温度的鋼材，采用自加熱的(de)風向標和風速儀或者特定的(de)結冰傳感器。甚至需要在策劃阶段和經濟(ji)性評(ping)估結算考虑低温下維護和維修的特定需求。低温環境(jing)下要維護人員要到達某個(ge)位置的風機會遇到较大困难，导致较高的交(jiao)通成本。同時(shi)，如果道路长(zhang)期結(jie)冰或积雪，會导(dao)致裝機、運維(wei)无法正(zheng)常進行从而影響发電。
加熱的(de)風速儀測量結果可能(neng)存在問題，而不加熱的風(feng)速儀極限風速的測量結果可能偏低(di)，尤其在(zai)高山地區結冰(bing)周期内。可以(yi)把不(bu)同地區的結冰情况分為无結冰、少結冰或頻繁結冰三種類型。然(ran)而，这也仅仅邁出(chu)了對低温環境精 確評估的第 一步。
由於安全性問題，部分地區的法律法規可能一票否決一(yi)個(ge)風電項目的準入。
2、如何探測低温(wen)結冰情况
如何對特定地區的低(di)温環境因素進(jin)行定義呢?除了標準環境因(yin)素的測量，如氣壓、氣温、湿度外，還需考虑云層高度及其水汽含量(liang)。但这些额外(wai)的因素通常不會在某個地區的(de)氣象記錄中有記载，因此需要尋(xun)找其他的途径來了解该地(di)區的結冰情况。