[发明专利]一种防除风机叶片覆冰的基于PTFE膜制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种防除风机叶片覆冰的基于PTFE膜制备方法及应用，涉及高分子复材技术领域，包括采用共混、预压、推压的单体聚合方法，将膜制备成具有聚合单体的PTFE棒材；热压延融合聚合方法，使PTFE棒材在热压延过程中，在膜裂产生层状剥离的纤维织物状结构下，将膜制成具有微孔隙和纳米级和微米级尺寸的凹凸几何状超微结构形貌的基于PTFE同均质膜；基于PTFE同均质膜在投运中的大型风机叶片上应用。适用于各种类型风电机组防除叶片冬季表面结冰，解决了仅依靠PTFE单一的低表面张力的高润滑性能，难以达到大型风机叶片防除冬季表面结冰的效果问题。

技术领域

本发明涉及高分子复材技术领域，特别是涉及一种防除风机叶片覆冰的基于PTFE膜制备方法及应用。

背景技术

我国是全球风力发电发展速度最快、装机容量最大的国家，然而也是风机叶片结冰地域最广、由结冰导致风电机组停机事件频发最多的国家之一。通过对风机叶片冬季结冰风电场的调研和部分风电场提供的叶片冬季结冰损失发电量统计数据及相关资料的分析，安装在我国高海拔、山区和低温、冰冻等地区的风电机组受气候影响，每到冬季叶片都发生不同程度结冰，而处在海拔高程1000～1800m的高海拔山区、林区的风机叶片冬季结冰情况更是严重。特别是地处湘、鄂、两广、赣、浙、皖地区、云贵高原、内蒙古、冀北山区、晋西北等地区的叶片，较之地处北疆、东北地区风电场的叶片，无论是结冰时间还是结冰程度都更为严重，叶片结冰的机组容量占我国累计总装机容量的27％左右。冬季恰恰是风资源较为丰富的时机，这些结冰程度相对严重的地区，又基本上不存在风电本地消纳的压力问题。因此，因叶片结冰导致风电机组工作异常和风机输出功率无法达到保证功率被迫停机而损失的电费收益十分惊人，甚至发生了因结冰而导致叶片断裂事件。

叶片表面结冰和防除冰技术方法与效能的不足，除了对风电电费收益产生直接影响外，还会构成分担机组运行的安全风险，所以，风机叶片冬季防除结冰是风电行业世界范围内的重要课题。

风机叶片是风电机组的重要部件，叶片结冰会造成冬季风机停机事件频发，损失大量发电量及其电费收益；引起叶片气动性能发生变化，导致风机功率损失；冰载会影响机组载荷，冰载荷分布不均造成机组功率下降；破坏叶片翼型流线，不平衡冰载会导致叶片的耐疲劳性降低；结冰截面厚度差异会改变叶片原有翼型，影响机组使用寿命；增加叶片表面粗糙度，严重影响叶片翼型气动性能；严重结冰造成叶片断裂，构成机组安全运行风险；结冰状态下机组继续运行会导致机组脱网，影响电网安全；结冰在自然温度下或融化时从叶片上脱离时，转动中的叶片随时都会把冰块抛出百米以上距离，给风电机组周边人民生命财产带来安全隐患。

国内外防除冰技术方法有很多种，整体上有被动防除冰技术方法措施（如机械除冰、液体防除冰、涂层防除冰等）和主动除冰技术方法措施（热气除冰、微波除冰、电热除冰、超声波除冰等）两大类。如金风科技开发了一种电热除冰技术，在叶片涂层内埋设碳纤维电热膜或电阻丝等加热元件组成金属加热网，在叶片轮毂内增设除冰加热柜和测控柜、电源、过热保护转换器等组成电热防除冰系统，通过电加热温度达到融化叶片表面结冰和叶片表面防结冰的作用。运达风电开发了一种安装在风机叶片轮毂内的电加热热风装置，在叶片空腔内布置热气通气管道，使热气在通气管道内形成循环，通过往叶片空腔内输入热气，热气通过叶片壳体将热量传递到叶片外表面，使叶片具有一定温度，在热气作用下使叶片间接加热，阻止过冷水滴的冻结，达到防除冰目的。武汉疏能将SiO₂制备成微-纳结构的具有低表面能物质和修饰表面粗糙结构的，能够形成主动抵御因冻雨冰雪灾害天气的仿荷叶表面能的多级、多孔、多层仿生防结冰涂层，用于风机叶片和高压电网在高湿环境下的疏水、不结冰或减少结冰量。

上述几种技术方法是目前国内外众多风机叶片防除冰技术方法措施中的典型代表，但经实践表明都存在达不到理想防除结冰效果的问题，有些甚至还会对风电机组及其叶片构成安全隐患。