[發明專利]一種電熱防冰和除冰系統及其制備方法

有效

• 申請號: 201711362959.X
• 申請日: 2017-12-18
• 公開（公告）號: CN108250898B
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 金虎;姜斌;宋琪
• 申請（專利權）人: 常州二維暖烯科技有限公司
• 主分類號: C09D163/00
• 分類號: C09D163/00;C09D7/65;C09D7/61;C09D7/43;C09D5/25;B05D7/00;C09K5/00
• 代理公司: 北京匯知杰知識產權代理有限公司 11587
• 代理人: 蔡倫;楊巍

本發明公開了一種電熱防冰和除冰系統，所述電熱防冰和除冰系統依次包括絕緣隔熱層、發熱涂料層和絕緣導熱層，所述發熱涂料層包括石墨烯和高分子材料；所述絕緣導熱層包括導熱填料和高分子材料。本發明還公開了制備所述電熱防冰和除冰系統的方法，以及包括所述電熱防冰和除冰系統的風電葉片，以及包括所述風電葉片的石墨烯電熱膜風力機。

技術領域

本發明屬于風電領域，更具體而言，本發明涉及一種電熱防冰和除冰系統及其制備方法。

背景技術

目前，能源轉型已經成了我國的一項基本國策，2015年國內風電新增裝機容量達到30.5GW，2016年全國風電開發建設總規模計劃達到30.8GW。根據能源局2020年能源需求預測的基準方案，2020年風電裝機目標是210GW，平均每年新增裝機在42GW，年均復合增速在10.9％。我國大量風機安裝在寒冷地區和(或)高海拔地區，風電葉片表面經常會出現覆冰現象，導致葉片的性能以及風力發電機組功率輸出無法達到設計要求。風電葉片結冰會減小翼型升力、增加阻力，導致葉片轉矩下降，影響風機發電效率。同時，由于覆冰的增加，致使葉片質量分布不平衡，產生不對稱載荷，引發機械故障甚至停機。

以國外的數據為例：瑞典某風場在1998-2003年之間一共停機維修1337次(造成161523h的能量損失，即維修導致161523小時無法工作)，其中92次停機事故是由于氣溫氣候造成的(8022h的能量損失)。其中92％的低溫停機事故(7353h的能量損失)是由于葉片覆冰造成的停機維護。即使輕度的覆冰也會導致葉片表面粗糙度的增加，使葉片發電量持續降低，在覆冰嚴重區域甚至會造成20％-50％的發電量損傷。另外，葉片表面的覆冰產生的不均勻載荷會大大影響發電機組的使用壽命和安全，同時脫落的冰層也可能產生一系列的安全問題。因此，風機的抗冰凍問題成為風電技術研究的一個熱點，發展風電葉片防除冰方法對于風機的安全有效運行具有重要的現實意義。但是，目前尚無成熟的風電葉片除冰技術，對于表面覆冰嚴重的風電葉片，國內一般采用停機處理(等待氣候變化自然融化或人工敲打除冰)，此種方法極大影響發電機組的電量，而且可能因敲打而對發電機組造成破壞。

基于葉片結冰對風機性能的不利影響，國內外相關研究人員對結冰氣候下風機葉片的抗冰技術進行了大量的研究。但是，目前還沒有成熟的風電葉片除冰技術，對于表面嚴重覆冰的風電葉片，一般采用停機處理。國內這方面工作尚處于摸索階段，并且大多借鑒于飛機機翼和輸電電纜除冰的相關研究經驗。

防冰除冰技術可以分為主動型和被動型兩種。被動型防冰/除冰技術包括吸熱涂料、疏水涂料和化學藥劑。吸熱涂料的缺點是葉片表面只能做成黑色，而且除冰效果受制與光照條件。夏季強度輻射引起的高溫會影響葉片材料的性能，需要對葉片進行定期維護。疏水涂料的對加工工藝的要求較高，對于大型葉片加工較困難。而且目前疏水涂料的防冰/除冰能力還有待觀察。化學藥劑的腐蝕能力強，會破壞葉片表面的油漆系統，需要經常維護，維修成本高。主動型防冰/除冰技術包括機械震顫、內部通熱氣和電加熱等。機械震顫是利用葉片轉動過程中速度的改變引起扇葉的震動，使扇葉表面的冰層脫落。但是大型風力發電機葉片根部的震動幅度太小，除冰效果有限。內部通熱氣是在葉根外部布置出風口，鼓風機吹出的熱風直接沿葉片表面將熱空氣吹向葉尖，對覆冰進行直接加熱。但是這種實現方式效率極低，能耗高，并且在熱空氣出口處，冷熱氣體相融合，會形成大量水滴，引起輪轂結冰。電加熱法是將電阻絲或其它加熱元件布置在葉片表面。通電后發熱直接對覆冰進行加熱。在葉片表面布置電阻絲一方面會降低葉片表面平滑度，影響葉片氣動性能，另一方面葉片表面直接與電源相連的金屬電阻絲存在著雷擊的安全隱患。