CN117759479A - 一种风电机组叶片表面融冰的方法及抗结冰的风电机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电机组叶片表面融冰的方法及抗结冰的风电机组，涉及风电机组维护领域，方法是在叶片表面上涂刷具有光热转换功能的光热涂层，涂层吸收光能转化成热能作用于叶片，叶片的表面温度升高，叶片表面融冰；机组应用该方法，即叶片上具有光热涂层；机舱或/和地面上安装有人工光源装置，人工光源装置能够照射于光热涂层。本发明利用自然光或人工光照产生热能，使得叶片表面温度快速上升，实现风电机组叶片表面覆冰后融冰，从而显著提升机组在冬季覆冰后的发电量。

Description

一种风电机组叶片表面融冰的方法及抗结冰的风电机组

技术领域

本发明涉及风电机组维护领域，尤其是一种风电机组叶片表面融冰的方法及抗结冰的风电机组。

背景技术

随着我国四川、云南、贵州、重庆、两湖、两广、江西等西南相关省份高海拔地区优质风资源的逐渐开发利用，运行在这些地区的风电机组受环境气候影响非常严重，特别是在高寒、高海拔、高湿环境条件下，普遍存在风机叶片表面因凝冻而发生结冰导致机组发电量下降甚至停机的严重问题。当前疏水性防结冰涂层以及电加热防除冰技术是行业研究的热点。系列研究表明，疏水性乃至超疏水性防结冰涂层在风电叶片上的应用效果并不理想，仅能在一定程度上延缓结冰，或当环境温度回升后略微提前使冰从叶片表明脱落，而且随着应用时间周期的增加，其防结冰的效果会进一步削弱；通过往叶片内腔鼓热空气加热叶片的防除冰存在能耗高、效率低的缺点，特别是在超长的大型风电叶片基本难以有效实现叶片表面防除冰；通过在叶片表面铺覆电加热膜实现风电叶片电热防除冰是当前被认为是一种高效防除冰路径，但由于电加热膜也额外增加了风电叶片遭受雷击的风险，往往还需额外考虑特殊的防雷设计，叶片生产加工工艺复杂，质量控制难度高，整个***的造价成本也较高。

为此，本领域需要一种新的风电机组叶片表面融冰的方法和装置。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种风电机组叶片表面融冰的方法及抗结冰的风电机组，利用自然光或人工光照产生热能，使得叶片表面温度快速上升，实现风电机组叶片表面覆冰后融冰，从而显著提升机组在冬季覆冰后的发电量。

本发明采用的技术方案如下：一种风电机组叶片表面融冰的方法，在叶片表面上涂刷具有光热转换功能的光热涂层，涂层吸收光能转化成热能作用于叶片，叶片的表面温度升高，叶片表面融冰。

进一步地，光热涂层所用的光热涂料中含有光热转化粒子，光热转化粒子能够将光能转化成热能。

进一步地，热转化粒子在光热涂料中的体积占比不小于0.1％。

进一步地，根据叶片上不同位置覆冰的程度，调节对应位置所涂刷的光热涂层的厚度或/和光热转化粒子在光热涂料中的体积占比。

进一步地，所述光热涂层至少涂刷在叶片前缘部分。

进一步地，所述光热涂层涂刷于整个叶片。

进一步地，设置一个或多个人工光源装置，人工光源装置能够发射可见光或近红外光波，可见光或近红外光波能够作用于叶片表面的光热涂层。

进一步地，人工光源装置所发射的光波的波长为50nm-2000nm，功率不低于1kw。

进一步地，在涂刷光热涂层之前，需要对叶片表面进行打磨处理。

一种抗结冰的风电机组，应用所述的一种风电机组叶片表面融冰的方法，包括塔筒，塔筒的顶部固定有机舱和机头，机头连接有叶片，叶片上具有光热涂层；机舱或/和地面上安装有人工光源装置，人工光源装置能够照射于光热涂层。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明在叶片表面或主要易发生覆冰的区域涂覆具有光热转化功能的光热涂层，在自然光可照射到风电机组叶片表面的情况下，叶片表面涂刷的光热涂层在吸收自然光后，将光能转化为热能，快速提升叶片表面温度，从而实现叶片表面融冰，从而显著提升机组在冬季覆冰后的发电量；

2、本发明在夜晚或阴雨不见自然光或自然光能量较弱的情况下，可在机组运行叶片旋转状态下或停机状态下，通过人工光源装置发射的光波照射在叶片的光热涂层上，光热涂层将光波转化为热能，快速提升叶片表面温度，从而实现叶片表面融冰，实现冬季全天候的叶片表面覆冰融冰脱落。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为风电机组叶片表面融冰的方法原理图或抗结冰的风电机组的结构图；

图2为叶片前缘位置涂刷光热涂层的示意图；

图3为叶尖段涂刷光热涂层的示意图；

图4为叶片完全涂刷光热涂层的示意图；

图中标记：1-机舱；2-叶片3-塔筒；4-光热涂层；5-人工光源装置；6-自然光。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例1

如图1－图4所示，一种风电机组叶片表面融冰的方法，在叶片2表面上涂刷具有光热转换功能的光热涂层4，光热涂层4吸收光能转化成热能作用于叶片2，叶片2的表面温度升高，叶片2表面融冰。

在本实施例中，第一种实施方式，针对新生产的风电机组用的叶片2，在叶片2完成主体结构成型进入喷涂油漆阶段时，首先将叶片2按照设计方案完成叶片2表面油漆的喷涂，待油漆固化后，喷涂表面油漆的目的是提高叶片的防腐能力；将叶片2表面需要涂刷光热涂层4的位置进行打磨，清理磨渣后涂刷光热涂层4，待光热涂层4固化后即可。

在本实施例中，第二种实施方式，针对已投入运用的风电机组中的叶片2，操作员可借助吊篮或其他升降装置，人工将叶片2表面需要涂刷光热涂层4的区域进行打磨,清理磨渣后涂刷光热涂层4，待光热涂层4固化后即可。

在本实施例中，在叶片2表面或主要易发生覆冰的区域涂覆具有光热转化功能的光热涂层4，在自然光6(包括太阳光)或/和人工光源装置5发射的光波的照射下，叶片2表面涂刷的光热涂层4在吸收自然光6后，将光能转化为热能，快速提升叶片2表面温度，从而实现叶片2表面融冰，从而显著提升机组在冬季覆冰后的发电量。

实施例2

在实施例1的基础上，进一步地提出可实施的具体实施方式。

一种可行的实施方式，光热涂层4所用的光热涂料中含有光热转化粒子，光热转化粒子能够将光能转化成热能；常见的光热转化材料有碳基材料、金属基纳米粒子、有机聚合物、无机半导体材料；其中碳基材料具有宽谱范围的自然光6吸收能力，对太阳能较为集中的可见光及近红外光都有强烈的吸收，同时具有稳定性高、价格低等优势；所以，光热转化粒子可选炭黑、石墨或多孔石墨烯。当然，也能选择其他具有光热转化能力的材料，如金纳米粒子与S iO₂复合制成的SiO₂/Au纳米复合粒子。

进一步地，光热转化粒子在光热涂料中的体积占比不小于0.1％，保证具有足够的光热转化粒子吸收光，产生足够的热量以满足叶片2表面融冰的需求。

一种可行的实施方式，如下文所述，叶片2可以完全涂刷光热涂层4，也可以只对叶片2上的部分位置涂刷光热涂层4；而叶片2上不同位置的覆冰程度不同，如叶片2前缘部分，覆冰程度相较于叶片2后缘部分更严重；为了节省材料和保证叶片2能够有效融冰，可以根据叶片2上不同位置覆冰的程度，调节对应位置所涂刷的光热涂层4的厚度或/和光热转化粒子在光热涂料中的体积占比。

具体的，叶片2上覆冰程度更严重的位置，其光热涂层4的厚度可以更厚，或/和光热转化粒子在光热涂料中的体积占比可以更高，保证具有足够的光热涂层4将光能转化成热能，进一步地保证叶片2能够有效融冰。相对的，叶片2上覆冰程度较轻的位置，其光热涂层4的厚度可以较薄，或/和光热转化粒子在光热涂料中的体积占比可以较低，实现在保证具有足够的光热涂层4将光能转化成热能的前提下，减少光热涂料的用量。

实施例3

在实施例1－2中任意一个实施方式的基础上，进一步地提出可实施的具体实施方式。

一种可行的实施方式，所述光热涂层4至少涂刷在叶片2前缘部分，对于风力发电机组，叶片2在旋转时，叶片2叶尖段处的前缘区域运动速度快，所以温度更低，从而结冰程度严重，在该位置处涂刷光热涂层4，有效解决叶片2表面融冰的问题，提升机组叶片2在冬季覆冰后的发电收益。

进一步地，沿着叶片2的长度方向，从叶根到叶尖处，涂刷光热涂层4的厚度逐次增加，使得转化的热量也依次递增，符合叶片2距离旋转中心越远，温度越低，结冰程度越严重的自然规律。

当然，也可以根据叶片2实际运用情况，将光热涂层4涂刷于整个叶片2。

实施例4

在实施例1-3中任意一种实施方式的基础上，进一步地提出可行的具体实施方式。

一种可行的实施方式，对于白天，有自然光6的存在，光热涂层4可以吸收自然光6转化成热能，用于叶片2表面融冰；而对于夜晚或者阴雨天，即无自然光6或自然光6较弱的情况下，可以设置一个或多个人工光源装置5，人工光源装置5能够发射可见光或近红外光波，可见光或近红外光波能够作用于叶片2表面的光热涂层4；人工光源装置5弥补自然光6的不足，保证存在足够光能量转化成热能，使得叶片2表面全天持续融冰。

需要说明的是，人工光源装置5可以安装在地面、机舱1或其他任何所发射光源可照射叶片2表面的位置，也可以是人工直接操作的移动式光源；；人工光源装置5之间相互独立，可以分别照射不同的叶片2，也可以同时照射同一叶片2。

进一步说明的是，人工光源装置5在本领域中是一种较为常规的装置，如探照灯等；其具体结构也不是本方案的重点所在，所以，在本说明书中不在对人工光源装置5的具体结构进行说明。

一种可行的实施方式，人工光源装置5所发射的光波的波长为50nm-2000nm，功率不低于1kw，保证具有足够的光照强度使得光热涂层4转化足够的热量，从而保证叶片2表面融冰的有效进行。

实施例5

在实施例1-4中任意一种实施方式的基础上，进一步地提出可行的具体实施方式。

在涂刷光热涂层4之前，需要对叶片2表面进行打磨处理，打磨是为了增加叶片2表面的粗糙度，为光热涂料提供大量的依附位置，提高光热涂料涂覆在叶片2表面形成光热涂层4的稳定性。

当然，需要说明的是，在实施例1中，若叶片2并没有经过表面油漆的喷涂，叶片上涂刷光热涂层4的位置也可以不经过本实施例所述的打磨处理。

实施例6

一种抗结冰的风电机组，应用实施例1-5中任意一项实施方式所述的一种风电机组叶片2表面融冰的方法，包括塔筒3，塔筒3的顶部固定有机舱1和机头，机头连接有叶片2，塔筒3支撑机舱1与机头，叶片2在风力的作用下转动带着机头转动，从而完成风力发电；关于塔筒3、机舱1、机头和叶片2的具体连接对于本领域技术人员来说是所知晓的，在此不再做赘述；叶片2表面上具有光热涂层4，光热涂层4能够吸收光能，并且产生热能，即将光能转换成热能，从而使得叶片2表面温度升高，进入抵抗叶片2表面结冰或促进叶片2表面融冰；机舱1或/和地面上安装有人工光源装置5，人工光源装置5能够照射于光热涂层4，人工光源装置5补充自然光6的不足，保证叶片2抗结冰或融冰的稳定性。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种风电机组叶片表面融冰的方法，其特征在于：在叶片(2)表面上涂刷具有光热转换功能的光热涂层(4)，光热涂层(4)吸收光能转化成热能作用于叶片(2)，叶片(2)的表面温度升高，叶片(2)表面融冰。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：光热涂层(4)所用的光热涂料中含有光热转化粒子，光热转化粒子能够将光能转化成热能。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：光热转化粒子在光热涂料中的体积占比不小于0.1％。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：根据叶片(2)上不同位置覆冰的程度，调节对应位置所涂刷的光热涂层(4)的厚度或/和光热转化粒子在光热涂料中的体积占比。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述光热涂层(4)至少涂刷在叶片(2)前缘部分。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述光热涂层(4)涂刷于整个叶片(2)。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：设置一个或多个人工光源装置(5)，人工光源装置(5)能够发射可见光或近红外光波，可见光或近红外光波能够作用于叶片(2)表面的光热涂层(4)。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：人工光源装置(5)所发射的光波的波长为50nm-2000nm，功率不低于1kw。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的方法，其特征在于：在涂刷光热涂层(4)之前，需要对叶片(2)表面进行打磨处理。

10.一种抗结冰的风电机组，应用权利要求1-9任意一项所述的一种风电机组叶片表面融冰的方法，其特征在于：包括塔筒(3)，塔筒(3)的顶部固定有机舱(1)和机头，机头连接有叶片(2)，叶片(2)上具有光热涂层(4)；机舱(1)或/和地面上安装有人工光源装置(5)，人工光源装置(5)能够照射于光热涂层(4)。