[发明专利]叶片电热装置、叶片、风力发电机组及叶片融冰方法

说明书

本发明提供一种叶片电热装置、叶片、风力发电机组及叶片融冰方法。叶片电热装置包括电热单元，电热单元包括电极元件和多个导电条，多个导电条并联连接在电极元件之间，以通过电极元件对多个导电条通电，其中，多个导电条之间的疏密程度不均匀分布。

技术领域

本发明涉及一种叶片电热装置及布局方法、叶片、风力发电机组及叶片融冰方法。

背景技术

在风力发电机组中，叶片是用于捕获风能的核心部件，叶片的空气动力学特性对整个风力发电机组的发电效率有着至关重要的影响。

然而，一些风力发电机组的应用环境相对恶劣，例如，在气候寒冷的地区或湿气较大的地区，风力发电机会面临在摄氏零度以下的低温条件下运行的情况，在遇到潮湿空气、雨水、盐雾和冰雪时，特别是遇到过冷却水滴时，叶片会发生结冰现象，这会对风力发电机组的正常运行造成严重的危害。

一般来说，叶片覆冰后会产生较大的冰载，大大降低叶片使用寿命。同时，由于加载在每个叶片上的冰载荷不尽相同，使得风力发电机组的平衡载荷增大，若风力发电机组继续运行，则对其将产生极大的损害；若停机维护，则机组利用率会大大降低。

此外，叶片表面覆冰会使叶片的各个位置的翼型出现不同程度的变化，从而影响翼型的升阻力系数，这将极大地影响风力发电机组的出力，降低发电效率。

另一方面，如果环境温度升高，叶片表面的冰块可能会脱落，伴随着极高的叶尖转速，会对临近的机组设备和人员构成安全威胁。

此外，在叶片表面发生结冰后，叶片的固有频率发生变化，从而导致叶片的动态响应行为发生改变，会给风力发电机组的控制系统的控制行为造成干扰，并且会导致检测信号系统发生故障，从而反馈错误信号。

现有的针对风力发电机组叶片的防冰/除冰技术主要是围绕电加热除冰、热气除冰和特殊涂层方法来研究。与电加热方式相比，热气除冰和特殊涂层防护技术的应用效果不佳。对于电加热技术而言，一般是通过在叶片表面或者内层布置加热层，如此，在叶片将要发生结冰时，启动加热系统提升叶片表面温度，从而防止其表面结冰，或者在叶片表面已结冰后，启动加热系统使得表面的冰层融化以实现除冰的目的。

然而，现有的电加热除冰装置存在能量消耗大、除冰效果不佳的问题。

发明内容

为了优化叶片表面防冰/除冰效果，本发明提供一种叶片电热装置、叶片、风力发电机组及叶片融冰方法。

本发明的一方面提供一种叶片电热装置，叶片电热装置包括电热单元，电热单元包括电极元件和多个导电条，多个导电条并联连接在电极元件之间，以通过电极元件对多个导电条通电，其中，多个导电条之间的疏密程度不均匀分布。

优选地，导电条可包括沿第一方向布置的第一导电条和沿与第一方向不同的第二方向布置的第二导电条，第一导电条与第二导电条可彼此编织成网格结构，其中，第一导电条可在第二方向上由疏到密地布置，和/或，第二导电条在第一方向上由疏到密地布置。

优选地，第一导电条和第二导电条可为碳纤维束，电热单元还可包括绝缘纤维，第一导电条和第二导电条可与绝缘纤维混编成一个片体。

优选地，叶片电热装置可包括多个电热单元，多个电热单元中的至少一个电热单元在额定电压下与其他电热单元具有不同的功率密度。

优选地，至少一个电热单元的第一导电条的长度可与其他电热单元的第一导电条的长度不同，和/或，至少一个电热单元的分布在第二方向上的第一导电条的股数可与其他电热单元的分布在第二方向上的第一导电条的股数不同。

优选地，多个电热单元中的至少一部分电热单元可相互串联成串联电热单元组，多个串联电热单元组之间或串联电热单元组与另一部分电热单元之间可并联连接，或者，多个电热单元中的至少一部分电热单元相互可并联成并联电热单元组，多个并联电热单元组之间或并联电热单元组与另一部分电热单元之间可串联连接。