Инженеры изучают обледенение лопастей ветряных турбин, чтобы улучшить выработку электроэнергии зимой

В офисе Университета штата Айова инженер Хуэй Ху изучает, что лед делает с аэродинамическим профилем ветряных лопастей и как предотвратить или задержать образование льда. Это исследование может повлиять на счета за коммунальные услуги Айовы.

Трехлетний грант в размере $ 303,587 от Энергетического центра Айовы будет поддерживать этот проект.

Хуэй Ху с моделью из Исследовательского туннеля обледенения Государственного университета Айовы

Центральным элементом лаборатории является исследовательский туннель Айовы. Аэродинамическая труба может производить температуру до -13 градусов по Фаренгейту и скорость воздушного потока до 100 метров в секунду. Воздушный поток несет капли воды от 10 до 100 миллионных долей метра в диаметре. Недавнее обновление позволит исследователям производить кристаллы льда, чтобы изучить, как они, например, могут создавать обледенение при воздействии на горячие лопатки турбин в реактивных двигателях.

Высокоскоростная цифровая система проецирования изображений и инфракрасные тепловизионные камеры фиксируют каждую деталь образования льда на аэродинамических профилях – где он образуется, как он течет, как он влияет на переднюю кромку, как он уменьшает подъемную силу и увеличивает сопротивление. Обледенение аэродинамической трубы также помогает группе Ху тестировать водоотталкивающие покрытия, которые могут смягчить образование льда – некоторые из покрытий основаны на колючей структуре поверхности листьев лотоса, а другие — на влажной, маслянистой поверхности кувшинок.

Лабораторные условия, конечно, не всегда отражают условия в полевых условиях. И поэтому, когда Ху не смог получить разрешение на измерение льда на ветряных турбинах Айовы, он использовал связи в своем родном Китае, которые позволили студентам снимать беспилотные кадры ледяных турбин вдоль горного хребта.

Полученные изображения и результаты измерений помогли количественно оценить, как обледенение на лопатках турбин снижает выработку электроэнергии.

«Зимы Айовы должны быть лучшим сезоном для сбора энергии ветра из-за обильных ветровых ресурсов и повышенной плотности воздуха с понижением температуры”, — написал Ху и его исследовательская группа в описании своего проекта. “Однако было обнаружено, что накопление льда на лопатках турбины значительно снижает выработку энергии турбины (т. е. до 50% на критических участках обледенения).”

Современная технология использует часть энергии, вырабатываемой турбинами для нагрева массивной поверхности лопаток турбины. Но это потребляет много энергии.

Группа Ху изучит гибридную стратегию защиты от обледенения: минимизированный нагрев только на небольших критических частях лопастей, таких как передние кромки, и нанесение прочных ледофобных покрытий вдоль остальных лопастей.

Хорошие результаты испытаний могут увеличить производство электроэнергии и снизить затраты.

Елизавета Коробкова

Редактор ЭНЕРГОСМИ.РУ