[发明专利]一种用于风电叶片防抗覆冰的基于PTFE与聚酯复合膜的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种用于风电叶片防抗覆冰的基于PTFE与聚酯复合膜的制备方法及应用，特别适合于对已在风电场运行的风电叶片的技术改造，同样适用于新叶片的应用，提高风电叶片防抗覆冰的功能。

背景技术

风力发电是一种可持续的清洁能源，但当冬季来临时，因高海拔地区或山区的持续低温和过冷的潮湿空气、雨水、冰雪等，都会引起风电叶片表面覆冰，当叶片表面严重覆冰时会造成风电机组停止运行，无法正常发电，造成大量经济损失。

德国叶片专业制造商Nordex（恩德公司），针对欧洲及北美的气候调查发现，每年冬季长达一个月左右气温低于0℃的区域占据了欧洲及北美面积一半左右，欧洲内陆和英国北海及以东区域风机叶片均覆冰较为严重。阿尔卑斯山脉地域存在明显的冬季性覆冰。东欧冬季也均存在覆冰现象。北美西海岸由于受加利福尼亚寒流影响，造成美国装机最多地域覆冰问题非常严重，美国五大湖区由于湖风湿度较大，风机冬季存在明显覆冰。

在中国，北疆、内蒙、冀北山区、晋西北、东北地区、云贵高原、江西、湖南、湖北等地区的风电场，整个冬季都存在明显的风电叶片覆冰现象。

风电叶片覆冰后，增大叶片载荷，由于叶片每个截面覆冰厚度不一，使得叶片原有的翼型改变，大大影响风电机组的载荷和出功，使得风机的发电效率大打折扣，影响其发电效率，情况严重时会导致机组脱网停机，机组利用率大大降低，覆冰严重的地区风电机组的发电量会降低90%以上。

风电叶片覆冰后就会产生较大的冰载，翼型升力下降，升阻比减小，叶片提前进入失速区，气动性能恶化，气动载荷分布不均衡，激发叶片摆振方向的振动引发叶片共振，叶片噪声分贝提高，影响机组使用寿命，而且加载在每个叶片上的冰载不尽相同，使得机组的不平衡载荷增大，耐疲劳性降低，覆冰情况严重时可能导致传动件、连接件损坏和叶片断裂。

风电叶片表面覆冰后，随着温度升高，冰块自然融化时就会脱落，会对机组和现场人员造成很大的安全隐患。

覆冰问题对风电场的影响重大，既有发电量损失，也有人身安全隐患。为防抗风电叶片表面的覆冰现象，国内外进行了大量的研究，采用的防除冰方法主要有：被动防除冰（如机械除冰、液体防除冰、涂层防除冰等）和主动除冰（热气除冰、微波除冰、电热除冰等）两大类，经多年的实践表明，上述方法都存在不足，达不到防抗覆冰的效果。

机械除冰是通过机械方法破碎叶片表面覆冰（如敲击、振动、超声波、滑轮铲刮法、胶管充气膨胀、脉冲力等）。机械除冰方法简单，但操作难度大，且覆冰难以除清，人力物力消耗大、存在一定安全隐患。

热力除冰是通过阻止过冷却水滴冻结（暖气流鼓风、微波加热、电阻丝加热、表面间接加热等）的原理，将粘附在风电叶片上的覆冰进行融化的方法。但如果有一个叶片加热失败，整机就会因覆冰量不同而导致重心严重偏移，而造成严重事故。且热力除冰需要消耗额外的能源，除冰装置对叶片结构的制造难度大，需要监控系统或特殊的防雷设计，不适合对现有风机的技术改造。

液体防除冰是利用防冰液（如乙烯乙二醇、异丙醇、乙醇等）与叶片表面的水滴混合后，形成混合液使冰点降低于叶片表面温度，使水不至在表面上结冰。该方法仅有短期防冰效果，在严重结冰状况下除冰的效果差，也不适合对现有叶片的技术改造。