风寒不会阻止风车

图片由北方武出礼貌

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虽然上个月在德克萨斯州的广泛网球衰竭是由许多因素引起的,但一些立法者暗示冻结的风力涡轮机是主要的罪魁祸首。虽然某些国家的风力涡轮机由于寒冷而关闭,但停电很大程度上由德州公用事业忽视,忽视了他们的天然气供应和分销网络。尽管如此,有些人留下了印象,即风力涡轮机在寒冷气候中不能依赖,实际上是全球较冷的地方,由于防冰和去冰技术,风电场在整个冬天运行。

涡轮机上的冰块可能导致若干问题,其中一些可能导致设备造成广泛损坏。为了获得最佳能量生产,涡轮机使用风光测定仪和天气叶片来确定风速和方向。在这些仪器上结冰会导致显着的测量误差,从而减少涡轮机的电气输出。刀片上的冰积聚可以改变转子的空气动力学和平衡,影响生产,并可能导致对结构的永久性损坏。当然,从刀片中脱离刀片的冰块出现了一个安全问题。幸运的是,飞机行业已经为去冰技术奠定了基础,因为飞机翼和涡轮叶片都是具有相似性质的翼型。一些工程师已经采用和修改了这些技术,而其他工程师则设计了对风力行业特异的解决方案。

脱冰技术可以分为两类:被动和活跃。被动系统不需要动力以便运行,而主动系统在运行时消耗电力。每个系统都有其优点和缺点,因此最好的做法可能是通过采用被动和有源系统的组合来攻击多个前端的问题。

被动去冰系统

许多被动系统都是先发制人的;他们不是拆除冰,以防止冰在第一处积累。从大自然中汲取暗示,其中细菌生物膜防止水收集在某些植物叶子上,工程师已经开发出喷涂疏水涂层,遏制水堆积。这些物质中的许多物质也可以降低昆虫碰撞的影响(防止虫虫粘在表面上),并且通过空气中的砂和灰尘的快速移动颗粒引起的损坏,这两者都影响了涡轮机的空气动力学品质。疏水涂层便宜且易于施用,但可能需要偶尔重复。虽然涂层在轻度糖化条件下倾向于表现良好,但它们不处理严重的结冰。

绘制涡轮叶片黑色,该涡轮叶片通常与疏水涂层结合使用,可以帮助它们吸收更多的热量,在中等冷条件下减少冰块。另一方面,涂层可以导致刀片在夏季过热。

上述涂层通常在工厂施加,或者可以追溯地应用于该领域中的现有涡轮机。在任何一种情况下,可能会随着时间的推移需要重复。

对于很少经历结冰的风电场,当天气预报预测严重感冒时,只需将防冻剂化学施加到涡轮机可能更具成本效益。最常见的方法是用直升机。Yes, I’m aware of the irony of burning fossil fuels in a chopper to de-ice a piece of green technology, but the amount of greenhouse gas emitted by the helicopters is insignificant compared to the amount of pollutants saved by replacing fossil fuel power plants with wind farms. Plus, there are safer and more eco-friendly methods of airborne de-icing, such as using a heavy-lifting drone. Aerones developed a tethered drone whose 36 propellers can lift over 100 kg (220 lb) The drone carries a power cable and a hose that provide a virtually unlimited supply of energy and hot water/antifreeze, allowing the aircraft to run for as long as necessary. (Onboard batteries ensure a safe landing if the main power is disrupted.) The same system can be used for routine cleaning of the turbines, which is currently done by turbine-climbing technicians. The drones do the job for a fraction of the cost with no risk to personal safety. Here is Jonas Putrams, CEO of Aerones, explaining how it works:




活跃的去冰系统

被动系统可以在轻度气候中足够,但在糖霜重的位置,解决方案是用热或机械能除去冰。这显然消耗了功率,但与涡轮机产生的能量相比,这是一个少量的量。尽管如此,当检测到ICE时,仅在检测到ICE时,仅打开活跃系统,通常使用光学或超声波传感器。

许多涡轮机制造商提供冬季沿着每个刀片前缘采用电阻加热的冬季选择。当检测到冰时,元件打开以熔化它。Nordex的先进防冰系统采用电阻加热元件,每个涡轮机不超过125千瓦。在4兆瓦的单位上,这是涡轮机的标称生产的3%。即使涡轮机以50%的容量因数运行,它仍然只有6%的涡轮机的可用功率。考虑到仅偶尔运行的加热元件,偶尔运行的糟糕折衷和可能会显着更高。


北极圈上方的涡轮机使用Nordex冷气候包。(图片由诺德莱克提供。)

如果你认为谈论风力涡轮机去冰的人充满热空气,你可能会有一些东西。Borealis Wind提供涡轮机冬季化包,可以安装或改装到现场涡轮机中。可以定制以适合各种涡轮机型号的系统包括加热元件,鼓风机和管道,以承载热空气。Borealis说,可以在不移除涡轮机叶片的情况下进行改造。

图片由iStock.com提供

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所有组件都很小,灯足以通过技术人员移动到刀片中。使用服务绞盘将部件抬到机舱,刀片水平固定,部件安装在刀片内。该过程重复剩余的刀片。

Borealis的系统已经在Canada目前经营的森西,GE和西门子涡轮机上进行了改造。UniversitéAval的研究组确定了该系统至少减少了至少50%的糖霜损失。

使用太阳能的防冰风力涡轮机

麻省理工学院的研究人员开发了一种无源太阳能系统,可以应用于涡轮叶片或其他表面。系统由三层廉价且易于获得的材料制成,系统吸收阳光,将其转化为热量,并将其分布在表面周围。当系统准备好商业化时,没有任何单词,但如果它正如广告一样,它可能是一个游戏更换者。

评估需要

在公用事业公司投资去结冰技术之前,他们必须进行成本效益分析,以确定结冰场景的可能性,由于结冰而导致的电力(和收入)的潜在损失,以及冬季化可以防止多少功率损失包裹。此时,考虑到气候和其他因素,他们可以确定可用系统中最具成本效益的。

正如飞机可以在寒冷的温度下保持高处,那么风力涡轮机已经证明,它们可以在最寒冷的气候中可靠地运行,从北极圈到南极。所有你需要的是有点聪明才智......以及航空航天行业的一些教训。

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戴安娜泰