טורבינות הרוח הפכו אבן הפינה של המעבר העולמי לאנרגיה מתחדשת, ואת הפריסה שלהם בחלק מהסביבות הקיצוניות ביותר של כדור הארץ - אזורי הקוטב, קו הרוח גבוהה עובר, ואת הלהבות הצפוניות - הוא מאיץ רוח באזורים מרוחקים וקרים אלה מציע פוטנציאל עצום של אנרגיה נקייה, אבל זה מגיע עם אתגר תפעולי חמור: קרח, כאשר צורות קרח על להבים, מגמות אקולוגיות, לא יכולות רק לשפר את הציפוי של כוח המשיכה של אנרגיה קר, אלא גם לחץ אוויריות, מגבירה, מגבירה, כוח המשיכה של כוח המשיכה של כוח המשיכה של אנרגיה מתחדשת, היא יעילה, אך היא יעילה, עם לחץ אווירית, היא יעילה, היא יעילה, היא בעלת השפעה מכנית, אך היא יעילה יותר, אך היא בעלת השפעה מכנית, היא רק על פני אקלים, אך מגיעה עם אתגרים סביבתיים, אך מגיעה עם אתגרים מכנית, אך היא יעילה, אך מגיעה עם אתגרים תפעולית, עם לחץ אווירית, עם לחץ אווירית, עם לחץ אווירית, אך היא רק על פני השטח, עם אתגרים מכנית, עם לחץ אווירית, אך היא רק, אך היא רק, אך מגיעה עם אתגרים תפעולית, עם אתגרים מכנית, היא יעילה, אך מגיעה עם אתגרים מכנית, אך היא יעילה יותר, אך היא יעילה

האתגרים המדעיים וההנדסיים של ייצוב הקרח על Wind Turbines

היווצרות קרח על מבני טורבינות רוח היא תופעה מורכבת המושפעת על ידי מצבים מטאורולוגיים, גיאומטריה טורבונית, ומדינת תפעולית.הבנת התהליכים הפיזיים היא הצעד הראשון לקראת תכנון אמצעי נגד.

סוגי קרח וצורות של מכניזם

באקלים קר, שני סוגים עיקריים של קרח אטמוספירי משפיעים על טורבינות רוח:0rime IceFLT:1 ו-FLT:2 בוהק קרח FLT 3:2 פריחה קרח רים כאשר טיפות מים מכוסות דליפות כמעט מיד על מנת להשפיע על משטח להב קר, יצירת שכבת מחוספס, מתפתלת, ונשטבת מאוד, כאשר היא מסוכנת, בניגוד איטי יותר, לשפוך מים קפואים, אך מקפיאים, במיוחד, אך מקפיאה, אך היא מקפיאה, אך טמפרטורות מקפיאה, טמפרטורות מקפיאות, טמפרטורות איטיות, אך מקפיאות, אך מקפיאות, במיוחד, מקפיאות, מקפיאות, מקפיאות, מקפיאות, טמפרטורות מקפיאות, מקפיאות, מקפיאות, אך טמפרטורות מקפיאות, טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות מקפיאות, מקפיאות, מקפיאות, מקפיאות, אך מקפיאות, מקפיאות, מקפיאות, טמפרטורות טמפרטורות מקפיאות, אך מקפיאות, מקפיאות, מקפיאות, טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות מקפיאות טמפרטורות טמפרטורות

גורמים המשפיעים על אי-דיוק קרח כוללים טמפרטורה מאוזנת (בדרך כלל בין -10 מעלות צלזיוס ו 0 מעלות צלזיוס עבור היווצרות טיפות על-קול), תכולת מים נוזלית של האוויר, מהירות הרוח, ומשך של אירועים icing. Turbine להבים עצמם יכולים לפעול כאספן קרח: מהירות הסיבוב שלהם מגבירה את מהירות האוויר היחסית, ואת כוחות צנטריפוג יכול להשפיע על ירידה וגרם קרח מהיר, אפילו ערפל.

נקודות ערך לביצועים, בטיחות וכלכלה

הצטברות קרח על להבים טורבינות רוח מובילה ל-Cscade של השפעות מזיקות:

  • (FLT:0) הידרדרות אווירודינמי: 1FLT:1 שכבת הקרח המחוספסת מגבירה את גרר ומפחיתה את המעלית, מה שגורם להפסדים משמעותיים של כוח.
  • (FLT:0) עייפות וחוסר איזון:FreaLT:1 ; צטברות קרח אסימטרי יוצרת חוסר איזון המוני, גרימת תנודות כי לחץ על הכונן, תיבת הילוכים, ומגדל.
  • (FLT:0) זורק סיכונים: 1FLT:1, חתיכות גדולות של קרח יכול להתנתק מלהבים רוטטים להיות מתפתל מאות מטרים, הצבת סיכונים בטיחות לאנשי אדם, תשתיות וחיות בר.זה עניין עיקרי בחוות הרוח הממוקמות ליד התנחלויות או נתיבי תחבורה.
  • (FLT:0) מבצע זמן השבתה: 1.FLT:1 טורבינס לעתים קרובות צריך להיות מחוספס או לסגור במהלך אירועים קשים כדי למנוע נזק, צמצום ייצור האנרגיה השנתי (AEP) ולהגדיל את העלות המטבולית של אנרגיה (LCOE).

אתגרים אלה מתועדים היטב על ידי ארגונים כגון תוכנית שיתוף הפעולה של סוכנות האנרגיה הבינלאומית, אשר יש קבוצות משימה ייעודיות (למשל, IEA Wind Task 19) כדי ללמוד אנרגיית רוח באקלים קר.דיווחיהם מדגישים כי עיצובים עמידים קרח יעילים יכולים לפתוח משאבים מתחדשים עצומים כי כרגע נשארים תחת השפעה.

עיצוב מפתח מתקרב ל- Ice-Resistant Wind Turbines

מהנדסים וחוקרים פיתחו ערכת כלים מגוונת למאבק בהצטברות קרח.אסטרטגיות אלה יכולות להיות מסווגות באופן רחב לאנטי-כיפוף פסיבי (המציאה של קרח או דבקות) וניתוק פעיל (העברת קרח לאחר שהוא טפסים) טורבינות רבות קרות משלבות גישות מרובות לביצועים אופטימליים.

אסטרטגיות אנטי-איקלינג פסיביות: קואטים ושינויים על פני השטח

שיטות פאסיביות נועדו למנוע קרח מפרסום משטחים להב או למזער את זמן המגורים של טיפות מים מרתיעות.

  • (FLT:0) Hydrophobic ו- Superhydrophobic ציפויים:FLT:1 ציפויים אלה דוחה מים, גורם טיפות להיות מתאדים ולהירק לפני שהם להקפיא את פני Superhydrophobic, בהשראת על ידי עלים הלוטוס, יכול להשיג זוויות מגע מעל 150 מעלות, להפחית משמעותית את קצבה קרח.
  • (FLT:0) ציפויים פוביים: FIRLT:1; מחלקה חדשה של חומרים שנועדו במיוחד כדי להחליש את הדבקות קרח. במקום לנסות למנוע קרח לחלוטין, ציפויים אלה מקלים על קרח לשפוך באופן טבעי באמצעות כוחות צנטריפוג או רוח. פולימרים דלים על פני השטח, כגון elastomers מבוססי סיליקון, הראו במבחנים מעבדה.
  • (FLT:0) ריבועים נוזליים (SLIPS): FLT:1 בהשראת צמח ה- סמן, משטחים אלה מנעו נוזל שופע (למשל, שמן סיליקון) לתוך תת-קרקעית ⁇ , יצירת ממשק חלק ונמוך המונע קרח מחיבור חזק.

בעוד ציפוי פסיבי אטרקטיבי עבור צריכת האנרגיה הנמוכה שלהם ופשטות, יעילותם תלויה מאוד בתנאים סביבתיים.באירועים כבדים או ארוכים, ציפויים לבדם עשויים להיות לא מספיק, מה שהופך מערכות פעילות הדרושות.

מערכות פעילות נגד-Icing Systems: Heating, Pneumatic, ו-Mechanical Methods

מערכות Active ליישם אנרגיה ישירות כדי להסיר קרח או למנוע הצטברות שלה.אלה בדרך כלל משולבים בעיצוב טורבינות במהלך הייצור, כפי רטרופיטינג יכול להיות יקר.

אלקטרו-תרמית

המערכת הפעילה המסחרית ביותר משתמשת באלמנטים חימום המוטבעים או מוחל על פני השטח של הלהב.מבטיחים פנימיים - לעתים קרובות סיבים פחמן או מעגלים של סייר מתכת - מופעלים על ידי מערכת החשמל של טורבינה כאשר קרח מזוהה או חזו, תנורי החום להעלות את הטמפרטורה הלהב מעל הקפאת, התכה קרח או מניעת היווצרות שלה.מערכות אלקטרוותרמאליות מודרניות ניתן למזג, רק אזורים קריטיים (למשל, כדי לשפר את קצה חום משמעותי), כדי למנוע את עוצמת החום (אך) או לחץ דם חום גבוה יותר, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, 1.5%) הוא לחץ חום (אך יעיל יותר, עם זאת, אך ורק כדי למנוע את עוצמת חום גבוה יותר).

⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

מותאם מאגף מטוסים דה-קלינג, מגפיים pneumatic הם רצועת גומי מנופחים המחוברים לקצה המוביל להב. כאשר מופעל, הם מתרחבים במהירות, סדק ושופכים קרח מצטבר. שיטה זו היא יעילה כוח (ללא חימום מתמשך) אבל מוסיף משקל ועונש אווירודינמי כאשר מערכות לא מופעלות. pneumatic הן פחות נפוצות על טורבינות גדולות אבל כבר הוצבו על מודלים קטנים יותר באזורים קרים.

שיטות מכניות וסאונד

גישות חדשניות כוללות דשטוש רטט באמצעות טרנסדוקנטים קוליים הרכובים על העור הלהב. רטטים גבוהים מאוד לטבול את הדבקות קרח ויכולים לגרום לקרח לדהוק ללא חום. טכנולוגיה זו עדיין בשלב המחקר והטיפוס, אך מציעה פוטנציאל לצריכת אנרגיה נמוכה ואפקט אווירודינמי מינימלי.

Blade Aerodynamics and Design Optimization

עיצוב אווירודינמיקה עוברי יכול גם להפחית את הצטברות קרח.לדוגמה, להבים עם FLT:0 נפח אוויר-בק אוויר-פויבית 1 או עובי מוגבר ליד הקצה המוביל יכול להאט את הנימוק של היצרנים אופטימיזציה של צורת הלהב במיוחד עבור אקלים קר, שינוי המסחר בין יעילות שיא ועוצמה ניתוק.

זיהוי קרח ומערכות בקרה

אין אסטרטגיה של דה-קלינג יעילה ללא זיהוי אמין ושליטה אינטליגנטית. טורבינות קרות-קלידי מצוידות ב-FLT:0ice זיהוי חיישנים FLT:1 לפקח על שינויים במסה להב, בדפוסי רטט או בתנאי פני השטח (למשל, קפיאנטנס, בדיקות התנהגותיות, או חיישנים אופטיים) מחיישנים אלה לתוך מערכת הבקרה של טורבינות, אשר יכול להפעיל חיזוי אווירי של חום או להפחית את הפחתת רצף בטוח.

חומרים חדשנות ויציבות

הסביבה הקטבים התובענית – הובלת טורבינות לקרינת אולטרה-קור, קרינת UV, תרסיס מלח וחלקיקי קרח מונעים רוח – חומרים חיוניים שיכולים לעמוד הן לאתגר המפחיד והן בהשפלה ארוכת טווח.מחקר לחומרי להב חדשים וציפויים הוא קריטי לשיפור ההתנגדות לקרח ולהגדלת תוחלת החיים של טורבינות.

חומרים ב-Block

להבים מודרניים של טורבינות רוח עשויים בעיקר של סיבים-reinforced epoxy או פוליסטר מורכב. עבור אקלים קר, יצרנים לחקור היברידיות סיבי פחמן או תרכובות תרמופלסטיות המציעות התנגדות טובה יותר השפעה והתרחבות תרמית נמוכה יותר.הבחירה של רזין משפיעה גם על מוליכות תרמית, אשר משפיע על האופן שבו חום ממערכות דה-השינג יכול להיות מועבר אל פני השטח.

ממעבדה לשדה

(הציפוי המצופה, תוך הבטחתם, נאבקו עם עמידות בתנאים אמיתיים בעולם.שחיקה של גשם, חול ואבק, מחזורים תרמיים חוזרים יכולים להפשיט את שכבת הידרופוביים בתוך חודשים.

ניסויים בשטח באתרים כגון חוות הרוח הארקטית בנורווגיה או בחוות רוח סנט לורנס בקנדה סיפקו משוב יקר.לדוגמה, מחקר של מועצת המחקר הלאומית קנדה מצא כי בעוד כמה ציפויים מסחריים הפחיתו את הצטברות הקרח עד 60% במהלך הבדיקות הראשוניות, הביצועים ירדו באופן משמעותי לאחר עונת חורף אחת.

המונחים: Element Materials andאינטגרציה

מערכות אלקטרוותרמאל דורשות חומרים גמישים, עמידים ויעילים.סימני חימום של סיבים פחמן פופולריים בשל יחס כוח-משקל שלהם, אבל הם יכולים להיות רזים. Newer גישות להשתמש FLT:0graphene מבוסס תנורי חום (ראהים) 1 או FLT:2 מוליכים פולימרים FLT 3 שניתן להדפיס או לרסן על פני משטחים, המאפשרים פרופילים יעיל יותר לשילוב (בצורה) לתוך מבנה חם יותר.

תוצאות חיפוש ויישומים אמיתיים

כמה חוות רוח באקלים קר פורקו בהצלחה טורבינות עמידת קרח, המציעות שיעורים ומדכאים לתעשייה.

Smola Wind Farm, נורבגיה

ממוקם על החוף הנורבגי מעל מעגל הארקטי, החווה רוח Smola פועל 68 טורבינות מדורגות 2.3MW כל אחד.האתר חווה לעתים קרובות ייבוש ים וייבוש מקפיא. Turbines מצויד עם אלקטרוותרמית להבים ומערכות זיהוי קרח. [+] .התוכנית נתונים תפעולית מראה כי מערכת חימום להתאושש מעל 90% של האנרגיה שאבדה במהלך אירועים טיפוסיים, ורוח שומרת על יכולת ממוצעת של 35% עם אתרי אינטרנט קלים.

תגית: Siemens Gamesa Cold Climate Pack

סימנס Gamesa, יצרנית טורבינות גדולה, מציעה חבילה של אקלים קר הכולל ציפוי הידרופובי, להב מחומם מוביל הקצוות, מערכת זיהוי קרח מתקדמת, טורבינות שלהם מותקנות ב-FLT:0Bears' Cove Farm (ראהים) Wind FarmFLT:1 בניופאונדלנד, קנדה, הוכיחו מופחתת זמן השבתה ושיפור AEP בהשוואה לטורבינות לא מזוקקות באותו אזור זהה גם כן.

יצרנים אחרים כמו FLT:0 ,VistasFLT:1ua ו- (FLT:2NordexeursFLT 3: 3 יש הצעות דומות, לעתים קרובות מותאם לתנאי אתר ספציפיים.

פרויקטים ומחקרים

מוסדות אקדמיים ומחקר ממלאים תפקיד מרכזי בקידום עיצוב עמיד בקרח.לדוגמה, אוניברסיטת אלברטה פירש 1 פועל מנהרה מיוחדת של רוח לבדיקת חלקי להב וציפוי.ה-FLT:2Fraunhofer של אלברטהFLT 1:1 פועל מנהרה מיוחדת לבדיקות של חטיבות להב וציפוי.

מגמות עתידיות ודרכים מחקר

החיפוש אחר טורבינות רוח עמידות קרח ממשיך, עם מספר דרכים מבטיחות תחת חקירה פעילה.

אינטליגנציה מלאכותית ושליטה חיזוי

מודלים של למידת מכונות שהוכשרו על נתונים גדולים של מצבים מטאורולוגיים, ביצועים טורבינות, ואירועים icing יכולים לחזות היווצרות קרח עם דיוק גובר.על ידי שילוב התחזיות הללו למערכת בקרת טורבינות, מפעילי יכולים להפעיל דה-קלינג רק כאשר יש צורך - צמצום צריכת האנרגיה ולהרחיב את חיי הרכיב.יש חוקרים חוקרים חוקרים חוקרים חוקרים חוקרים לחקור את התחזיות הללו:0reinforcement LearningFLT:1LT:1 כדי לייעל לוח זמנים דינמי, איזון כוח כנגד כוח ייצור.

חומרי ההולכה וההתאמה

בהשראת מערכות ביולוגיות, חומרי הזיהוי העצמי יכולים לתקן באופן אוטומטי סדקים קטנים או השפלה על פני השטח הנגרמת על ידי קרח או שחיקה.מיקרו-קמפואר המכילים סוכני ריפוי משובצים בציפוי הלהב יתפוצץ כאשר ניזוקו, לשחרר תרכובות הממלאות את הפער ולשחזר את הגמישות.

סטנדרט והסמכת

ככל שהאנרגיה של רוח טמפרטורות קרות מתרחבת, הסטנדרטים בתעשייה מתפתחים כדי לסייע למפתחים וליצרנים לציין ולאמת עיצובים עמידים בקרח.ה-FLT:0 International Electrotechnical Commission (IEC) 61400-1igFLT:1 סטנדרטי עבור טורבינות רוח כולל תיקון לתנאי אקלים קרים, הגדרת שיעורים לטמפרטורה מכוננת, חומרת, ודרישות תכנון.

מערכות Zero-Energy De-Icing

מחקר ארוך טווח נועד לקלקל טורבינות עם קלט אנרגיה חיצוני מינימלי.מושגים כוללים (FLT:0piezoelectric קצירת אנרגיה sFLT:1 מלהבים לחום קטן, או FLT:2moelectric גנרטורsFLT 3: אשר משתמש ⁇ טמפרטורה בין להב חם משטח קר.

מסקנה

תכנון טורבינות רוח עם שיפור עמידות קרח הוא אתגר רב תחומי שמושך על מטאורולוגיה, דינמיקות נוזלית, חומרים מדע, והנדסת בקרה.אין פתרון אחד מתאים לכל התנאים; טורבינות יעילות ביותר באזורים הקוטביים והקורעים משלבים ציפויים פסיביים, חימום פעיל, גילוי קרח חזק ומערכות בקרה אינטליגנטיות יותר ויותר.