浅谈凝冻天气对风电机组的影响与对策

浅谈凝冻天气对风电机组的影响与对策
发表时间：2017-11-14T20:08:57.870Z 来源：《电力设备》2017年第20期作者：赵军帅[导读] 摘要：所谓凝冻，简单来说是在强冷空气的作用下导致冰雪混下而成，有时甚至是雨雪混下而形成。

（中电建新能源遵义风力发电有限责任公司 563000）摘要：所谓凝冻，简单来说是在强冷空气的作用下导致冰雪混下而成，有时甚至是雨雪混下而形成。

冰块、冰花就此牢牢覆盖在山川、草木以及其他物体表面。

凝冻同样对电力设施存在较大影响，08年贵州凝冻灾害造成主要输电线路瘫痪，两千余万人受灾。

在风电方面，凝冻会造成冰块附着在风电机组叶片表面，导致机组停运。

关键词：凝冻，风力发电
本文选取贵州地区具有代表性的白马山风电场进行简要研究分析。

一、风场简介
白马山风电场位于贵州省遵义市桐梓县北部，面积约24km2，场区高程1500m--2000m，所有机位海拔均高于1800m。

风电场安装24台单机容量为2MW的风电机组，装机容量为48MW。

风场所产生的电量通过新建的110kV升压站升压入网。

二、白马山风电场凝冻天气对机组的影响及对策
1、凝冻情况描述
白马山风电场气候潮湿，海拔较高。

在冬季，空气相对湿度达到95%以上，且雨雪频繁，极易出现凝冻天气。

凝冻天气会使风电机组叶片覆冰，造成叶片重量增加及线型改变，风机报“风速与功率不匹配”故障，从而停机。

就目前来看，叶片覆冰的原因有两种。

其一，冬季雨雪后，雨雪附着在叶片表面在低温作用下形成覆冰（气温低于1--2摄氏度时即发生叶片覆冰现象，并不是低于0度才会发生覆冰）。

其二，空气中的水分在低温下（0度左右）附着在叶片表面形成覆冰。

这种情况类似于玻璃上凝结的窗花。

2、凝冻造成机组停运数据统计
因数据较多，本文选取风电场C回路7台机组进行分析，统计时间为2015年末首次凝冻至2016年凝冻结束。

详见下表
总结：白马山风电场于2015年12月16日晚首次出现凝冻停机，至2月26日结束，因凝冻累计造成停机838小时，C回路7台机组累计损失电量约48.12万kWh。

就数据统计来看，凝冻期间风速较小，电量损失不大。

但C回路7台机组均为风速相对较小的机位，若折合为24台机组，凝冻损失电量将达到300万千瓦时，约占该风场全年发电量的3%，处于贵州区域风电场凝冻损失平均水平。

而贵州一些气候恶劣的风场，凝冻损失可达到全年发电量的5%，损失不可小觑。

3、白马山风场针对凝冻停机目前的做法
风机报“风速与功率不匹配”停机后，运行人员首先会查看环境温度并使用望远镜或到机位观察，已确认是否发生叶片覆冰现象。

若未发生覆冰则说明风机误报。

（就目前统计情况，每次风机报“风速与功率不匹配”均确实发生叶片覆冰现象）确认后，在日报表中做好相关记录，复位故障并远程手动停机。

且随时关注天气变化。

若天气转暖，覆冰开始出现融化脱落现象，则人工启动风机，利用变桨及风轮旋转的力量，甩掉覆冰，实现并网，而不是等到叶片覆冰全部融化脱落后再启动风机。

如此，可使风机提前一小时左右并网。

三、针对凝冻天气下机组运转与启停的建议
针对叶片凝冻覆冰情况，全球主机厂商及运营业主尚未有完备的应对措施。

目前国内各大主机厂家的普遍应对策略分为主动型与被动型两种。

被动型主要是在叶片表面喷涂憎水材料，希望减小水滴在叶片表面的附着力使其无法粘附在叶片表面，但实际运行效果并不理想。

不过随着憎水材料的发展进步，或许会对凝冻情况起到较大的预防作用。

主动型是指在机组叶片增加除冰装置，现市场上已有该类型样机，其主要除冰办法是通过热风机或电阻丝对叶片进行加热融冰。

个人认为，在现有技术条件下，主动加热除冰方式耗费巨大，并非上策。

撇开除冰效果不谈，仅计算加热装置的用电成本与维护成本，便可知此举得不偿失。

这也是主动防凝冻机组未量产的主要原因。

个人认为就目前技术来讲，凝冻是无法完全解决的障碍，但在降低凝冻损失方面仍然可以做一些尝试：若小风情况下出现覆冰停机，则静待天气转暖，观察到覆冰开始融化时，提前启机，靠风轮旋转甩掉覆冰，尽早并网；若大风情况下出现覆冰，在安全的前提下将风机限功率运行，争取部分电量。

在覆冰情况下机组可以降负荷维持运转以及各风速出现覆冰时的功率限制百分比，将是现阶段主机厂商与风电场业主与共同积累试验的重点。