四川大学周志宏：风电机组结冰问题还很严重，需要产学研共同攻关

2019年10月21-24日，2019北京国际风能大会暨展览会（CWP2019）在北京隆重召开，大会主题“风电助力‘十四五’能源高质量发展：绿色、低碳、可持续”。自2008年首次在北京举办以来，已连续举办11届，成为北京金秋十月国内外风电行业争相参与的年度盛会。

10月22日上午，CWP2019 IEA风能技术合作研究论坛在新国展召开。中国空气动力研究与发展中心/四川大学博士周志宏副教授出席论坛并发表题为《风电机组结冰防护技术》的主旨演讲。

以下为演讲全文：

周志宏：我们知道有水的地方就可能结冰，同时风力机经常遇到结冰问题，而我国风力丰富的地方也就是结冰比较严重的区域。

风力机结冰根据结冰的一些形态主要分为几个类型：霜冰，就是快速冻结，有气泡，并不透气；明冰，非迅速冻结，里面有空气迅速填充，透明；混合冰，有冻雨和雪形成沉积冰，这几种冰形成是比较粗糙的分法。

预计结冰会带来各种各样的危害，比较典型的是，结冰之后叶片形状会发生改变，这样会破坏机动特性。比如，在飞机上面，往往只要几分钟就结冰，系数可以下降40%的量级。结冰之后的不平衡会带来一些振动导致里面部件的损害，冰的脱落会对周边的人和动物造成危害，冰熔化之后大块大块的冰往下掉。同时结冰的时候会导致一些传感器性能发生破坏，包括测风速、风向的机组控制，曾经法航的一些飞机结冰之后导致的飞行事故，这是飞机上的风速仪出现问题。

风力机的研究体系大概有几个体系组成：研究结冰是怎么回事、结冰有什么样的危害、怎么样把冰去掉、现在结的是什么冰。所以一个高效的防治冰就是这个过程，首先确定风力机结冰形态，同时对风力机的运行大概怎么处理，如果低于一个安全边界的话，设置一个控制策略，有三个方面的技术，第一，要能精确获得实时结的冰，结冰之后要有分析策略和制定，最后一个是高效的防控技术。第一个技术，结冰的精准、实时的监控，获得结冰情况，第二个获得结冰情况，以及结冰之后动气动的影响，怎么应对。然后防除冰技术，技术比较多，现阶段普遍应用的技术，像气热风电是效率问题，电热除冰主要是安全性问题，还有采用涂料，是有效性和持久性问题。

目前在风力机结冰领域已经进行机理、计算与实验理论和方法等研究，现在大部分研究成果主要针对于航空成果，然后把航空结冰的方法和成果，直接应用到风力机结冰领域里面。另外，结冰主要存在这样一些实验设备，包括地面的结冰基础实验台、重庆大学人工气侯室等。

另一个关键技术是结冰探测，有几种模式，比如工作状态进行检测、受干扰比较大、误差比较大，这种比较可靠的是结合传感器的方法。而采用传感器大概有以下几种类型：光学、热学、电学、波导等。

现在结冰的普遍问题，大部分时候传感器给出的是传感器本身的结冰信息，我们真正关注的是叶片的信息，因为大部分的传感器只是告诉我们风力机是处于一个什么气侯，而并不是它本身的结冰情况。

现在四川的嘉瑞丰科技将传统的传感器技术的结合，和国外传感器的对比，本身获得叶片的分布以及获得结冰之后相应的应对措施，可以提高结冰后的效率。它的传感器主要有两个特点，第一是检测的精度更高一些；第二是可以把传感器本身的结冰往叶片结冰扩展。并且进一步把传感器到风速风向仪里面，相当于多功能测量系统，这样把结冰和其他结合在一起，形成一个探测的东西。

防除冰技术现在也比较成熟，主要是加热方法，电加热和气加热，大家知道比较多的航空领域的防冰涂层，机械的比较少一些，电加热就是怎么样尽快提高加热效率，比如说我们提高玻璃布，里面加入电阻丝，提高加热效率。气加热就是里面提供热气的方法加热，防冰涂层是国际上研究比较热门的项目，一个是长期维护比较难，另一个只是对结冰进行延缓，并不能杜绝，现在航空里面防冰涂层结合在一起用，各种相结合的方法，而不仅仅是用涂层，而是跟别的技术相结合，直接用的话现在还存在一些问题。

根据这种结冰之后的影响，可以制订相应的防除冰策略，金风科技这种采用防除冰和没有采取防除冰的是有不一样的发电量，除冰之后效率获得一个明显的提升。

所以基于前面的分析，推荐防除冰的策略，是对比较严重的区域，配合防除冰方案，在结冰不严重的时候，通过结冰检测再通过控制的方法以及通过实时检测结冰，然后进行主动的控制，来提高它的效率，并且来保护它的安全。

总之得出几个结论，第一，现在结冰问题很严重；第二，现在很多关键问题还有待进一步发展和解决，这个就需要产学研用来一同结合来攻关。

（根据演讲速记整理，未经演讲人审核）