הבנת הגמישות ותפקידה ב- Wind Turbine Performance

אנרגיית הרוח היא אחד המקורות המהירים ביותר לאנרגיה מתחדשת בעולם, עם טורבינות המותקנות בסביבה מגוונת ומאתגרת יותר - מחוות רוח offshore בים הצפוני ועד מתקני קירור קרים בסנדינביה וקנדה.יעילות של טורבינות תלויה ישירות במצב של להבים שלה, אשר חייב לשמור על פרופיל אווירי נקי, חלק דינמי כדי ללכוד אנרגיה ביעילות על ידי מים, 000, 000 כי לא יכול להפחית את הציפוי של חומרת מים, אבל לא רק כדי להפחית את הציפוי של חומר נפץ, 000, 000 של חומר נפץ, אבל לא יכול להפחית את הלחץ של כדור הארץ, 000, 000, אבל זה יכול להפחית את הלחץ של כדור הארץ, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000.

הפיזיקה של הידרופוביות: מגע זווית ואנרגיה על פני השטח

הידרופוביות היא כפייתית מגע המים (WCA) – הזווית שנוצרה בצומת של טיפות מים והמשטח המוצק. Aמשטח עם WCA גדול מ -90 מעלות נחשב הידרופובי; מעל 150 מעלות, זה הופך להיות סופר-hydrophobic מספיק כדי לספק את הזווית של הגנה על פני השטח (0Coatings להשיג זווית מגע גבוהה על ידי צמצום אנרגיה חינם פני השטח של 1 ו, מעל 150 מעלות צלזיוס) במקרים רבים, 000 רחב יותר, 000 רחב יותר מאשר את ההשפעה של נוזל גבוה מתחת ל-ידי מטה נמוך יותר מאשר את הפחתת חומר איטי של נוזל אחורית משקל (Caxicolicolicoltraxolicoltradoltraic).

סוגים של הידרופוביות מתקפלות עבור Wind Turbine Blades

בחירת הציפוי הנכון כרוך איזון של דחיית מים, עמידות, קלות היישום, ועלות.קטגוריות העיקריות המשמשות בתעשייה כוללות:

מיקסים מבוססי סיליקון

סיליקון ריסים ו elastomers יוצרים סרטים גמישים הדוחקים מים תוך כדי שילוב ההתרחבות התרמית וגמישות של להבים מורכבים.ציפויים אלה משמשים נרחב בגלל ההתנגדות שלהם ל-UV והשפלה שלהם להיות מיושם על ידי תרסיס או רולר בשדה.FLT:0Silicones בדרך כלל להשיג WCAs של 110- °FLT 1 וספק ביצועים טובים נגד אור מתון, למרות שהוא עדיין לא יכול להוביל כוח כבד.

Fluoropolymer Betaings

פלואו-פולומרנים - כמו פוליטרה-פלואורוטירן (PTFE) ופוליווינילidene fluoride (PVDF) - בין כמה מאנרגיות הפנים הנמוכות ביותר בין חומרים פולימריים (בדרך כלל 18-20 mN / m) Applied as minute Movies, כמו גם סרטים דקים, הם יוצרים בעיות מאוד עמידים במים (כ- 130°) עם התנגדות כימית מצוינת למלח, חומצות, ופתרונות לכיסויים במיוחד לכיסויים לשרירים, במיוחד.

ננודור וסופריופוביות מתקפלות

ננוטכנולוגיה אפשרה לדור חדש של ציפויים המשלבים אנרגיה על פני השטח נמוכה עם גסות מונדסית. על ידי שילוב חלקיקים (סיליקה, טיטניה, או צינורות פחמן) לתוך קוטר, ציפויים אלה יוצרים מבנים היררכיים שלוכדים אוויר ומייצרים WCAs מעל 150 מעלות.

  • (FLT:0)Nanocomposite sol-gel ציפויsFLT 1 אשר יוצר רשת צפופה, חוצה מקושרת עם חלקיקים מוטבע, המציעה גם הידרופוביות והתנגדות לשחיקה.
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ⁇ :0) ,0 , מוזג מונו-שכבות (SAMs) 1Felople:1 של silanes או מולקולות פלואורד כי קשר כימי אל הלהב, יצירת שכבה hydrophobic אולטרה-תאי (בדרך כלל 1–2 nm).

בעוד תוצאות מעבדה הן מרשים, עמידות שטח נשאר ההוריד הגדול ביותר - ציפויים לא ממובנים יכולים להיות מחוסנים על ידי שחיקה גשם, השפעה אבק, ורכיבה תרמית חוזרת.

Icephobic Coatings: Beyond Hydrophobicity

הידרופוביות לבדה אינה מבטיחה כי ציפוי קרח. Icephobic שואפת להשיג הן בעלות קרח נמוכה (כך שקרח שפך בקלות) והמשך nucleation.מחקרים אחרונים מראים כי FLT:0surfaces עם WCAs מעל 150 מעלות וזווית מגע נמוכה Hysteresis (ההבדל בין זווית מתקדמת) יכול להפחית את הקרח על ידי 10 פעמים מול משטחים משותפים:

  • משטחים של סליפרידי נוזל-מעורב (SLIPS) שמשתמשים בשכבה שמן סיכה כדי למנוע קרח מחיבור נוקשה.
  • ציפוי פולימר עם רשתות interpenetrating כי נשאר גמיש וסדקים עמיד בטמפרטורות תת-אפס.
  • חומרים לשינוי בשלב (PCMs) המשלבים מים לכודים כדי ליצור שכבת סיכה מיקרוסקופית על הקפאת.

בדיקות שדה על טורבינות הפעלה הראו כי ציפויים של קרחפוביים יכולים להפחית את משך ההפסדים הקשורים לקרח על ידי 40-70%, בהתאם לציפוי סוג ותנאי מזג האוויר.

היתרונות של הידרופוביות ב- Wind Turbine Blades

ציפוי הידרופובי וקרחונים מספק שיפורים ניכרים על פני מחזור חיי הטורבינות:

צמצום הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הדחיסות ושיפור ייצור האנרגיה

באקלים קר, הצטברות קרח על להבים יכולה לגרום להפסדים שנתיים של 10-30% של ייצור אנרגיה, עם מקרים קיצוניים מעל 50% במהלך אירועי הפחתת קרח:0Hydrophobic ציפוי מעכב את תחילת היווצרות קרח ולהפחית את המסה של קרח שנצברו לפני זמן 1, המאפשר טורבינות לפעול יותר במהלך התנאים, גם כאשר צורה קרח, ירידה של 25%, ירידה במשקל טבעי (FLT) מתרחשת מוקדם יותר, ירידה של 25%, ירידה במשקל, לאחר ירידה במשקל, לאחר ירידה במשקל בינוני (FLT) על ידי ירידה של 25%).

עלויות תפעול ותחזוקה נמוכות

ניקוי בדל ותיקונים מייצגים חלק משמעותי של תקציבי O&M, במיוחד עבור טורבינות offshore שבו הגישה היא יקרה. הידרופובי ממזער את העפר והצטברות חרקים, המשתרעת על פני המרווח בין ניקוי מחודשים לשנים נוספות, הפעולה המנקה העצמית מפחיתה את הצורך בשמיכות מבוססות מים (שיכול לגרום לשחיקה על להבים לא ממומשים) באזורים , לצורך מופחת עבור מאות מכופות אוויריות חשמליות (כמו מחסנים) או מחוספסים).

המונחים: Blade Durability

ציפוי הידרופובי רבים מספקים גם מחסום מגן מפני קרינה UV, ספיגה לחות, והתקפה כימית. סיביג ו להבים מורכבים רגישים לחות בתוקפנות שיכול לגרום לדהמה ומיקרו-קracking. A hydrophobic פועל כ-FLT:0sealant כי מפחית צריכת מים עד 80%Fillos 1LT:1, מרחיב את החיים להב על ידי 5-10 שנים למנוע ייצוב.

שיפור האירודינמיקה ו- Noise Reduction

משטח להב נקי, הידרופובי שומר על צורת האוויר המיועדת שלו, (FLT:0reducing גרור ומקסימום יחס מעלית-ל-דראג'ר 1 ).זה מתורגם ישירות לתפוקה גבוהה יותר של כוח עבור אותה מהירות רוח.בנוסף, צמיחה מיקרוביולוגית וחרקים לבנות חוסם יצירת גסות שמגבירה רעש אווירודימי - דאגה עבור טורבינות מגורים ליד אזורים הידרופוביים.

שיטות יישום ושיקולים מעשיים

החלת ציפויים ללהבות טורבינות רוח - במיוחד על מתקנים קיימים - דורשות בקרת תהליך זהירה:

  • (FLT:0) הכנת הפנים: 1FLT:1 Blades חייב לנקות את כל contaminants (שרידים סלייזון, שעווה, נזלת, מלח) באמצעות פותרים או אברות קלות.
  • (FLT:0Spray, מברשת או רול:FreaLT:1 ענפים יישומיים הם בדרך כלל ריסוסים באמצעות ציוד ללא אוויר או HVLP כדי להשיג אחידות (בדרך כלל 50-150 מיקרונים) עבור להבים גדולים (מעל 60 מ'), תרסיסים רובוטיים או מל"טים מפותחים כדי לשפר את העקביות ולהקטין את העבודה.
  • (FLT:0) תנאי חיפוש: 1FLT ( 1) ציפויים רבים דורשים טמפרטורות מקוטבות מעל 5 מעלות צלזיוס ולחות נמוכה לרפא כראוי.
  • עובי:0 (FLT) :0 (Coating עובי:0) 1 דק מדי שכבה פשרה עמידות; עבה מדי עשוי להוסיף מסה להשפיע על איזון להב. יצרנים לציין טווחי סרט יבש (DFT) שיש לאמת עם מדדי סרט רטובים.

עבור להבים חדשים, ציפויים משמשים לעתים קרובות במהלך הייצור בסביבה במפעל מבוקר, המאפשרת ריפוי עמיד חום ובקרת איכות טובה יותר. OEM כגון LM Wind Power ו- Siemens Gamesa מציעים כעת אפשרויות הידרופוביות תעשייתיות יישומי כמו תכונות סטנדרטיות או אופציונליות.

אתגרים ומגבלות של מתקפלים הידרופוביים

למרות ההבטחה, הציפויים הנוכחיים עומדים בפני מספר מגבלות שיש לטפל בהן:

חביתים והתנגדות

להבים טורבינות רוח פועלים במהירויות גבוהות יותר מ 80 מ"ר / 288 ק"מ / שעה, חשיפתם לגשם ולרדשט באנרגיות קינטיות גבוהות.ציפוי הידרופוביים רבים, במיוחד אלה סופריופוביים עם ננו-מבנה שברירי, מועלים בתוך חודשים בגשם חמור.השחיקה הראשונה מפחיתה את זווית המגע, ואז פוגעת בהגנה ההציפויה של הציפוי, ששילוב שכבה קשה, עם ג'ל-פוזה של 20 שנים מתוחכמות, אך לא-פוכות, אך עדיין לא מפותחת, אך עדיין לא מפותחת, אך עדיין, אך ורקפת, אך היא בעלת נוקשות של ג'ל-פוכות מסחריות, אך אינה מציעה עד כה, אך ורקמות, אך ורקמות, אך ורק עם עדשות מסחריות, אך ורקמות, אך ורקמות, אך היא בעלת נוקשות, אך ורקמות, אך אינה מאפשרת עמידות, אך ורקמות, אך ורקמות, אך ורקמות, אך ורקמותרפיסט, אך ורקמות, אך ורקמות, אך ורקמות, אך ורקמותרפיסט, אך ורקמות, אך ורקמות, אך ורקמות, עם עדשות מסחריות, אך ורקמות, אך ורקמותרפיסט, אך ורקמותרפי

UV Degradation

חשיפה ממושכת לקרינת UV סולארית יכולה לשבור את השרשראות פולימרים בציפויים, גרימת צהוב, אובדן גמישות, ובסופו של דבר סדק.סיליקון וציפוי פלואורופולמר הם יחסית stable UV, אבל רבים nanostructured ציפויים משלבים כובלים אורגניים כי degrade בתוך 2-5 שנים באזורי U-UV גבוהה:0Research מתמקדת UV-Ffilstable (N) וננומטרים (R) ספוגים 1-C) ו-Credtctctctctctcccccd) אשר מגינים (R) קרינת UV.

עלויות יישום ו-Rilplication Costs

ציפויים בעלי ביצועים גבוהים יכולים לעלות 50 $- $ 150 למטר רבוע החל, ועבור להב 60 מטר (אזור שדרה ⁇ 500 מ '2), העלות הכוללת של טורבינה אחת (שלוש להבים) יכול לעלות על 75,000 $.

דאגות סביבתיות ותקנות

כמה ציפויים פלואופולמרים מכילים PFOA ו- PFAS, אשר כפופים להגדלת הרגולציה תחת כללי REACH ו- EPA של האיחוד האירופי. יצרנים נעים לעבר תרכובות קצרות שרשרת או חלופות ללא פלואורין לחלוטין (למשל, היברידיות סיליקון-אורטן).

כיוונים עתידיים וטכנולוגיות מתפתחות

מחקרים מתקדמים נועדו להתגבר על המגבלות הנוכחיות ולפתוח ביצועים טובים יותר:

מחיאות כפיים עצמיים

בהשראת מערכות ביולוגיות, ציפויים עצמיים כוללים microcapsules או רשתות פולשניות המכילות סוכני ריפוי (למשל, מונומרנים סילניים) אשר משוחררים כאשר הציפוי הוא שרוטה או מחוספס.פעם נחשפים לחות או UV, סוכן הריפוי פולימרים ומשחזר הידרופוביות שלהם.

משטחים מעוררי השראה והתאמה

החוקרים לומדים את התכונות של עלים דו-מנועי מים, צמחים מנייר וכנפיים פרפרים כדי עיצוב ציפויים שיכולים לעבור בין מדינות - לדוגמה, להישאר הידרופובי בתנאים יבשים ולהפוך לקרח במהלך icing.

מדדי שינוי

תעשיית הרוח חסרה בדיקות ההזדקנות מואצות סטנדרטיות עבור ציפוי הידרופובי.המאמצים הנוכחיים על ידי קבוצות כמו IEA Wind Task 19 מפתחים פרוטוקולים המשלבים שחיקה גשם, חשיפה UV, רכיבה על אופניים תרמיים ומלח כדי לחזות ביצועים בשטח:0Adoption של סטנדרטים אלה יסייעו OEM ומפעילים באופן בטוח ציפויים נבחרים עבור תנאים ספציפיים.

מיקסטייפ Multi-Functional Coatings

העתיד עשוי לראות ציפויים כי בו זמנית לספק הידרופוביות, קרח, אנטי-שקיות, והגנה על שביתת ברק. ציפוי הידרופובי מוליכים (למשל, פולימרים מלאים פחמן ננופי) יכולים לשמש גם שכבת חימום אנטי-icing ומשטח הידרופובי, צמצום המורכבות של מערכת.

מסקנה: התפקיד האסטרטגי של קאטינגס בצמיחה של אנרגיית הרוח

ציפוי הידרופובי וקרחונים אינם רק תוספות אופציונליות - הם הופכים מרכיבים חיוניים של עיצוב טורבינות הרוח המודרנית, במיוחד כאשר טורבינות נעות לקור, רטוב יותר, ומיקומים מרוחקים יותר.FLT:0 על ידי שמירה על ניקיון פני הלהב, צמצום הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הדחיסות של תעשיית הקרח, והורדת עלויות O&M, אלה תומכים ישירות ברוח הכלכלית של אנרגיה מתחדשת, בעוד שעדיין גבוהה יותר, בעוד שעדיין גבוהה יותר, צמיחה בטוחה יותר, וגמישות גבוהה יותר, צמיחה בטוחה יותר, וצריכה של חומרים סביבתיים, היא גבוהה יותר, צמיחה בטוחה יותר, צמיחה בטוחה יותר, צמיחה מהירה יותר, צמיחה גבוהה יותר, וצריכה גבוהה יותר, צמיחה מהירה יותר, צמיחה בטוחה יותר, צמיחה גבוהה יותר, צמיחה גבוהה יותר, צמיחה בטוחה יותר, ולהגדיל את איכות גבוהה יותר, צמיחה בטוחה יותר, צמיחה בטוחה יותר, חומרים סביבתיים גבוהה יותר, צמיחה מהירה של אנרגיה גבוהה יותר, ולהגדיל את איכות גבוהה יותר, צמיחה בטוחה יותר, צמיחה בטוחה יותר, צמיחה בטוחה יותר, חומרים סביבתיים בטוחה יותר, צמיחה בטוחה יותר, ולהגדיל את איכות גבוהה יותר, ולהגדיל את איכות גבוהה יותר, חומרים סביבתיים גבוהה יותר, צמיחה גבוהה יותר, צמיחה בטוחה יותר, צמיחה גבוהה יותר, ו

(בקריאה נוספת, עיין בדוחות המעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת על עמידות לציפוי להב (ראו:0)NREL Wind ResearchveFLT:1), האקדמיה האירופית של Wind Energy הנחיות ההגנה על הקרח (FLT:2EAWEIRLT:2EAREFLT 3: 3), וסקירות עדכניות על ציפויים על פני-ידי רוח הנדסה ואמפ; אירודינמיקה תעשייתית (DERDERDERDEROHDF: 4F: 4FEROFERE).