叶片防冰与除冰：南方高山风电难解之痛如何解决

这几天，全中国人们都在经受两重考验，一个是疫情局部区域反复，一个是极为罕见的低温天气，各地都爆出了历史最低温度之最，南方大部分区域大白天温度低于零度，虽然说瑞星兆丰年，但对我们风电行业可不是什么好事情，因为南方大部分的山地风电场，只要超过海报800m以上，就会面临叶片覆冰的问题，而这个问题自南方风电诞生以来，就一直困扰着我们的风电业主们。

叶片表面冰雪清除（照片来自网络）

问题：风机叶片覆冰-南方高山风电顽疾

理论上，风机的运行温度零下40-50摄氏度，而这个前提是风机的表面无任何其他覆盖物，而这个温度是对风机的材料，润滑剂，电子元器件等设定的。在北方，空气湿度很低，虽然有雪片飘落在风机上，但不会凝结在叶片表面成为覆冰层。南方就不一样了，湿度常年在70%及以上，海拔越高，温度越低，温度尚未到零度，如果湿度合适，就会出现如下覆冰现象。

简单测算一下，以我们当前叶片至今未14X型号的风机为例：单支叶片的比表面积大约500pfm，按照覆冰5mm计算，冰的密度大约为0.8kg/立方分米，单支叶片的覆冰重量将达到2000kg，对整个风机轮毂而言，增加的重量高达5-6吨，即使有风，又如何能驱动呢。实际上在云南我亲身经历过，1.5MW的风机，单支40m的叶片，一次散落下来的冰块重量高达几百公斤，在掉落下来的情况下，安全确实是个大问题。

南方高山冰冻现象

过去：叶片覆冰：经济损失直接，数量巨大

在云南，贵州，广西，湖南，江西，湖北以及安徽的高山风电场，这种现象比比皆是，并且因此造成的损失也是越来越大，初步统计，南方风电场，尤其是高山风电场，按小时数来计算，都在5%以上，高的甚至达到8%，而这部分经济损失短期内无非常好的有效解决方案。

• 以湖南第一个风电场，华电的仰天湖一期风电场为例，每年损失的发电小时数最高高达200h以上，按照当时的设计来源，每年损失的收入（含税）近600万元，这可是净利润。
• 国家电投广西桂林近100万千瓦风电场，几乎全是金风的风机，多年来覆冰现象令国家电投头痛不已，维持专门成立团队解决，实际上几年过去也未解决，当然还是有效果。
• 湖北宜昌国家电投的风电场每年损失直接超过100h以上，该风电场的海拔也在1000m以上，我考察过，只要到了冬天，山顶树枝上全是覆冰。在第二期风机招标的时候，提出了要解决这个问题，事实上谁也没法根除这个问题。

国内某南方风电场的叶片覆冰实景图（照片来自个人）

现在：防冰和除冰是两个问题：属于世界难题

这里，我们要分清楚两个问题，一个是防冰，进行技术前处理，一个除冰，进行技术后处理。我们大部分的人把它当成一个问题来解决。

第一点，我们先谈谈防冰。实际上防冰我们当前有两个措施，也是业内说的比较玄乎的：

• 一个是翼型设计，让他不利于表面水蒸气和水珠的留存与接触，实际上我个人认为这是个伪命题（希望气动专家不要笑，我的知识面较窄，个人看法不要较真)，翼型问题主要是解决能量转换效率问题，如果把成型加工和防止水体留存的功能进行综合，这个设计估计比较难，因为还是要解决综合出力为重点，究竟叶片覆冰损失只有几个点的发电量；
• 一个是憎水涂料，这个方案是个简单方案，实际上也存在一些技术壁垒。首先大部分的憎水材料都是硅基或氟系材料，与传统的耐老化功能性涂料的基体结合是个问题，因为叶片的前缘要受到极大的线速度冲刷，能不能保证20年前缘的冲刷，这是个问题，当然这是我个人的一个基本常识性的见解，只要大家把问题点摸清楚了，其实也不是问题。

第二点，我想说的是除冰。防冰只是解决短时间内的水体的凝结问题，如果气候持续低温，你在高湿度环境下，叶片表面覆冰是防止不了的，这时候必然就会覆冰。覆冰之后如何解决，传统的解决方案有两个：

• 一个是空气加热，这个方案简单，当时施工复杂，用我过去一个老领导的话说，用最复杂的方案解决一个最简单的问题，为什么这么说。空气加热需要把整个叶片本体加热，大家可能不清楚，叶片材料树脂基复合材料的一个最大优势就是导热系数低，空气导热后通过材料本体到表面，根据我行业同事和专家杨文涛（业内可能是研究最为深入的除冰专家了）介绍，怎么也需要1个小时左右，耗电那是小事情，问题是还需要一个小时才能发挥作用。虽然这方案施工复杂，但效果还是不错的，就是投资稍微大一点，施工需要时间，回收期看各地影响的小时数了。
• 一个是叶片本身植入导电加热体，一般是碳纤维加热膜，这种方案国外的叶片厂家开展过研究，问题在于导电可能与防雷击冲突，如何解决防雷和导热，需要进行深入研究。

防冰有限，除冰很难，所以说这是个世界难题，GE其实也提出了通过降功率加载甩掉冰块的方案，其实这个在一定限度内可以，覆冰严重的时候实际上是无效的。

未来：叶片防冰必须做，除冰可简化

从材料的技术难度看，防冰可以做，因为通过涂料的方式，憎水材料的功能除了防止覆冰，还可以防止其他物体留在叶片表面。而到了真正覆冰的环节， 球哥认为可以采用更加简单的做法：类似汽车一样，给它穿上一件衣服，直接采用物理的方式来防止冰直接覆盖在叶片表面，这里需要解决几个问题：一个是对凝结冰的环境参数要进行研究，什么时候会开始大面积结冰，一个是如何给叶片穿衣服，衣服表面覆冰之后如何脱掉，出表冰体。我想说的是采用最简单的方案解决最复杂的问题。需要说明的是，这是我个人的天马行空的想法，大家可以拓宽思路，目的就是不要冰在叶片表面而已。

我今天就是抛砖引玉而已。科学有边界，技术无底线，解决叶片的覆冰问题，在风电场的提质增效方面是存在较大经济价值的行为，无论是后市场的兄弟们，还是风电开发业主们，值得一试，市场我个人觉得也不小。