寒冷气候下的风电机组结冰影响与防治系统

　　风电机组叶片的冰冻问题会影响叶片的空气动力学轮廓，引起风电机组的附加载荷与额外振动，降低叶片及机组的使用寿命，导致机组故障，影响风电场的发电量，甚至会造成风电机组局部破损或整体坍塌。可见，冰冻问题已成为制约冰冻地区风电市场开发建设的重要因素。 本书旨在解决在寒冷气候下风电机组运行的关键问题，着重阐述结冰机理，分析其影响，并介绍防治措施。主要内容包括寒冷气候对风电机组设计和运行的影响、风电机组结冰的机理、结冰过程、防冰系统和热除冰系统的设计等。本书包含了丰富且细致的科学分析以及与流体动力学和热力学有关的计算和实例，还给出了实用的分析模型和数值模型，用于计算结冰影响和设计评估。

　　现任北京金科新能源有限公司总经理，熟悉新能源、风电领域国内外前沿技术；具备较强的专业能力，拥有30年新能源领域工作经验；参与多项水电工程，主持多项风电、光伏、送变电等工程建设；熟练掌握英语，尤其是电力、新能源、土建专业英语

第1章寒冷气候对风电机组设计和运行的影响111引言1
12寒冷地区的风电机组3
121阿尔卑斯山地区的风电机组4
122潜在可开发区域5
13寒冷气候下风电机组的运行6
131大雨6
132雷击7
133寒冷气候辅助设备8
14山地区域风电机组的运行10
141高海拔的影响10
142山地环境的特点10
143风能资源11
144空气密度随海拔的变化16
145风机在不同空气密度下的功率和推力18
146非标准空气密度下的功率曲线20
147低空气密度的对策24
15覆冰期间风电机组的运行27
16海上结冰31
参考文献32
第2章风电机组结冰的相关特点3421结冰对风电机组的影响34
22风电机组上的覆冰生长37
23覆冰的前提条件40
24结冰过程相关参数43
25结冰事件的定义45
26结冰检测47
261机电系统48
262电子系统48
263光学系统48
264风机参数49
265噪声测量49
266叶片表面的热力学状态49
寒冷气候下的风电机组结冰影响与防治系统目录267加热和未加热风速计的读数差异50
268风机结冰检测系统综合评价50
269测量现场的结冰情况51
27冰冻气候下测风仪的运行情况54
28覆冰预测模型57
281短期覆冰预测57
282超短期覆冰预测60
283缺乏相关信息的场址覆冰风险评估61
29甩冰和结冰风险67
291场址参数72
292甩冰质量74
293脱离半径和方位角分布74
294阻力和升力分布76
295冰击事件76
296地面上的冰块76
210覆冰的经济风险81
211防冰系统盈亏平衡分析82
参考文献85
第3章覆冰叶片的气动性能8731翼型周围的流态87
32叶片翼型的空气动力学概述91
321对称翼型91
322非对称翼型91
33覆冰翼型的空气动力学概述92
34覆冰对气动性能的影响97
35数值模拟100
36航空领域的试验测试101
361识别覆冰的几何形状101
362拟合冰的真实几何形状107
37覆冰的类型和边界层107
371离散粗糙度108
372角状冰110
373顺流冰111
374翼向脊状冰112
375失速行为118
376平稳空气动力学，三维和旋转效应118
38覆冰对发电量的影响119
39覆冰对风机气动性能的影响123
391气动弹性模型124
392叶片覆冰的物理模型125
393物理模型敏感性分析128
39420年疲劳寿命评估128
310覆冰叶轮不平衡的简化分析133
参考文献135
第4章结冰过程13841冰的形成机理138
42结冰/防冰条件模拟139
43外部流场和温度场141
44表面润湿度建模143
441液滴撞击固定圆柱体146
442驻点撞击率的确定149
443粒子轨迹二维计算方法154
444固定圆柱体的求解157
445零攻角翼型前缘的撞击率161
446非零攻角和尺度效应的撞击率163
447示例165
448旋转翼型169
45质量守恒方程174
451基本质量流量分析175
452水膜连续性和破裂178
46冻结系数和Messinger模型180
47能量守恒方程181
471表面传热系数182
472长波辐射183
473短波辐射183
48问题的求解184
481情况A：结冰表面Tw482情况B：无冰表面Ts>0℃186
483叶片结冰实例187
49冰面的热流体动力学过程192
491表面微观物理学193
492一般结冰过程中的回流水动力学和扩展的Messinger模型193
参考文献198
第5章防冰系统20051引言200
52防冰系统评估流程203
53防冰系统概述与讨论206
54防冰系统分类206
541基于运行原理的防冰系统分类206
542机械防冰系统和热力防冰系统206
543其他防冰系统207
55基于持续时间的防冰系统分类208
56基于能量需求的防冰系统分类208
57防冰系统在风电机组中的应用208
571电加热防冰系统209
572管道内热空气循环加热系统 211
58管道内热空气防冰系统的设计217
581几何建模218
582热流体动力分析 218
583共轭传热分析219
584截水率221
585设计结果221
59防冰系统的能量效率229
510估算防冰所需功率的简化方法229
511防冰系统新技术238
5111机械防冰238
5112热力防冰239
5113低附着力涂层材料255
512海上防冰系统257
参考文献257参考阅读259物理量表267