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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。

如采用电热膜或电阻丝的电加热除冰系统，除了防除冰效果不明显，还给每支叶片增加重量达200kg，整台风电机组叶片增重达600kg，极大地增加了风机叶片的重量荷载，在使用中需要使用大量电能，增加了厂用电消率8-10%以上，同时还存在容易遭到雷击的安全隐患，即便是加装了监控系统或特殊防雷设计，也难逃被雷击的厄运，国内已经发生过多起因加装了电加热除冰系统而导致叶片都被雷击报废的事件。在自然环境中，热空气密度小, 冷空气密度大，密度小的上升，密度大的下降，热空气若无外力的作用只会向上升腾，而不会横向扩散，更不会跑到冷空气下面。电加热热量传导到叶片表面后，只会向上升，而不会横向扩散，热量也就不会在叶片上表面进行横向传导，导致没有电阻丝或电热膜部位的叶片依然结冰。热气除冰系统利用的是通过叶片壳体材料将热量传递到叶片外表面，使叶片表面具有一定温度，在热力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。但作为风机叶片的主要材料，热固性聚酯树脂导热性能很低，在叶片空腔内的热量难以在短时间内传导到叶片表面，即便是不间断地往叶片空腔内输送热气，除冰效率也很低。而对于大型风机叶片来说，叶片壳体的热阻会随着叶片质量厚度的增加而明显增加，这就意味着大功率叶片需要更高的内部温度来实现叶片表面除冰，除冰效率也会因叶片尺寸的增大而逐渐降低。

无论是采用电热膜或电阻丝电加热的除冰系统还是采用热气除冰系统，它们还具有以下共性缺点，即：①如果一支叶片除冰失败，整个除冰系统就必须停止运行，否则就会因叶片结冰质量不同而导致配重失衡、重心严重偏移进而引起故障或事故；②每台风机机组叶片加热功率150-200kw以上，设备运行过程中需要消耗大量电能源消耗，导致风机发电额外增加8%-10%以上的用电量；③叶片改造或设备系统维修难度较大；④设备故障率高，每年需要进行电器运维，设备的使用年限一般不超过10年；⑤最主要的是，风机叶片是由聚酯树脂等热固性基体材料组成的玻璃纤维增强复合材料，存在-40～50℃的使用温度范围限制，无论是电加热除冰还是热气除冰，加热温度都不能超过叶片材料规定的使用温度范围，一旦温度超过或在规定的叶片使用温度范围内进行长时间加热，必然会导致加速叶片材料疲劳，影响整体强度或者造成叶片被损毁，而在规定的使用温度范围内加热，这点热量远达不到需要防止或消除叶片结冰的热量。

而采用液体防除冰、涂层防除冰技术方法也具有以下技术特点：如①防除冰液体虽然具有低表面能疏水性或涂层具有防水、防污染、抗氧化、防腐蚀等性能，但防除冰液体的有效作用时间短，属短期防冰方法，而且每年都要涂刷一遍甚至多遍，并且需要经常维护，每次涂刷前还要清洗叶片，不满足长期应用要求，在严重结冰状态下的除冰效果更差，甚至不能起到有效的防抗覆冰效果。②氟系防除冰材料或仿生涂层材料中添加的蜡、含氟树脂等材料会缩短风机叶片基材的使用寿命，影响并降低涂层粘接力和耐磨性能。氟系防除冰材料中的PTFE水溶性较差，难以实现水溶性PTFE聚合物，需添加引发剂、增稠剂等助剂才能成膜，助剂疏水效果差，达不到疏水膜表面效果，在叶片SS面（后缘、背风面）有一定效果，但在叶片PS面（前缘、迎风面）的防除冰效很差，结冰质量最多只能减少20%左右，而且防除冰时效短，性能退化或老化明显，有效期一般不超过2年。