湘电风能首席系统分析师徐可：部分抗冰替代方案仍存在一定的风险
2018年10月17日-19日，2018北京国际风能大会暨展览会（CWP 2018）在北京新国展隆重召开。本次大会由中国可再生能源学会风能专业委员会、中国循环经济协会可再生能源专业委员会、全球风能理事会、中国农业机械工业协会风力机械分会、国家可再生能源中心和中国电子信息产业发展研究院（赛迪集团）六大权威机构联合主办。
湘电风能有限公司首席系统分析师徐可在“在役风电机组技改提效专题”中发表主旨演讲，演讲主题为《基于中尺度气象数据的复杂山地结冰预报系统》。
他在演讲中表示，传统抗冰解决方案，仍存在较多不足及风险，粗放式的报警无法满足精细化管理的要求，除冰过程及效果无法从根本上提升运行品质，部分替代方案存在一定的风险使叶片运行在颤振状态。 比如说我们调整桨距角，实际上叶片仍然运行在微小的颤振状态，疲劳寿命还是受到了影响。
以下为发言实录：
徐可：各位同仁大家上午好，我是来自湘电风能的徐可。现在由我来跟大家分享一下我们的科目项目，是基于中尺度气象数据的复杂山地结冰预报系统。今天我的技术分享主要分为三个部分的内容，第一个先介绍一下我们公司，然后再介绍一下湘电在抗冰冻的方案，以及结冰预报系统方面的工作。
下面进入第一部分，首先先介绍一下我们的母公司。
2006年，公司成立2MW永磁直驱风力发电机组起步，2009年，国际化战略开始实施收购荷兰达尔文和威维克设计公司，2010年，成立国家重点实验室，科技部批准建设海上风力发电技术与检测国家重点实验室。业绩不断攀升，注册资本35.69亿，具有年产2000套2MW及以上直驱型风力发电机组能力。
用磁直驱机组业绩，5000+机组运行2MW及以上直驱永磁风电机组运行业绩，“上山下海”战略，复杂山地风电场具有很大的占比，其中云南、贵州、湖南、江西多数风场都存在冬季结冰的问题。
下面进入第二部分，在抗冰冻方案上面的一些研究。这张图上给出了中南、西南地区的风电场的典型的图片，常年笼罩在云雾之中，风景非常漂亮，但是到了冬天的时候，它就变成另外一个样子，大概是这个样子。包括它的叶片上、机组的塔筒上都会结上很厚的一层冰，冰冻有什么危害呢？翼型遭到破坏，升力系数降低、失速点提前，叶片外形不均匀，叶片运行在颤振状态，改变叶轮气动特性，效率降低，叶轮气动/质量不平衡，对整机受载产生不良影响，发电量、可利用率降低，对外界存在安全隐患，对人员对设备都有一定的风险。
大部分人认为，结冰只是对机组的一个产链产生很大的影响，但是其实其他的影响还是很大的，举一个极端的例子。在2005年的时候，在包头有一起空难，主要原因就是因为在起飞起没有进行除冰操作所以有重大事故。
传统抗冰解决方案，仍存在较多不足及风险，粗放式的报警无法满足精细化管理的要求，除冰过程及效果无法从根本上提升运行品质，部分替代方案存在一定的风险使叶片运行在颤振状态。
比如说我们调整桨距角，实际上叶片仍然运行在微小的颤振状态，疲劳寿命还是受到了影响，因此我们对抗冰冻设计上进行了以下三方面，第一个低温材料选择，材料选择上有些人认为有些叶片的材料不适合用于低温的厂区，长期疲劳作用下可能发生一些断裂，其次我们风机的眼睛，比如说气象站要具备抗冰冻的功能，我们还尝试了叶片的一些疏水的涂料，在早期的确是有作用的，但是结冰的后期就跟其他的效果基本差不多。我们还对控制进行了升级，我们对结冰情况的感知购买了相应的比如说结冰的传感器，当时我们也是进口了一套国外的结冰传感器，价格不菲，但是实际使用效果还是差强人意。除此之外我们还对机组运行数据进行分析，对机组状态进行相应的感知，得到机组有可能比如说运行效果非常差，有可能产生结冰的状态或者是其他的一些状态。最后在控制上还引入了一个环境状态的预警，这个后面我会详细进行一定的介绍。
我们在除冰手段都做过研究，比如说气热、电热的方式，以及自然融冰，最后运维还进行了一定升级，在启动、停机的逻辑上进行了一定的梳理，并且在有一些智能设备无法完成的运维上我们进行了一些风险的规避。
通过以上的研究，我们形成了一套智能化的抗冰冻解决方案，有以下四点独到之处。提前预警：基于中尺度气象数据对结冰过程进行预判。智能识别：对环境的特征和风机的状态进行判断。停机保护：对停机的方式、可能的风险进行规避。现场运维：完成智能设备无法完成的现场巡检。这个图就给出了抗冰冻解决方案的流程。
下面介绍一下在提前预警方面的研究。首先在系统科研过程中，我们遇到了三个重大的挑战，第一南北气候差异，造成南北冰冻以及其他的一些气象模型有很大的不同，除此之外结冰的类型也有很大的差异，大概有四种模式，这个我们要进行分类讨论，除此之外在山地风电场地形非常复杂，中尺度数据无法应用到现场当中，对于三个挑战我们进行了相应的解决方案。对于南北气候差异我们结合了中尺度的气象预告，再开发了相应的气象覆冰模型，推算出大概的结冰质量。对于结冰类型的不同我们分为四类，比如说雪松、冻雨、湿雪、结霜。对于山地的地形复杂，我们采取了实测数据，对我们气象预报数据进行一定的修正，最后再把结冰质量得到一个修正的结果。
这是系统大概构成，传感器、塔架及数据传输系统，预测系统服务器，软件系统，包括气象预测云平台、风载排除模型、冰载模型和结冰预测模型。我们把这套系统先进行历史数据的应用，我们把SCADA数据传输到当中，这是风电场80米高度的分布的一个云图，我们把这个风电场最后作为一个试验的风场，依据这个云图选中了试验机位。这是我们整个系统搭建的过程。通过长时间的数据记录以及预测系统平台运作，记录下以下大概几个月的数据，记录下大概有六次左右结冰过程，蓝色的出现基于我们预测系统得出来一个结论，红色就是现场的一个实际结冰情况，大家可以看这套系统得出的理论数值和实际数值误差还是很小的，当有了这套系统之后，我们就可以基于系统的结论提前三天预判结冰过程，对结冰和融冰过程进行梳理，比如说我们在长时间的冻雨，风速很小的情况下就不需要进行除冰的操作，这个时候我们的发电量和我们的除冰的电量是入不敷出的，当我们第二天如果冰冻结束又有大太阳的话，我们就可以利用少量的电量对它进行除冰，对整个系统损耗进行一定的优化。
这个就是整个系统智能化方案，我们这也算是一个方案的抛砖引玉，希望大家以后也针对冰冻方案进行相应研究，使它更加智能化，好，谢谢大家。
