Для того, чтобы вырабатывать большее количество ветровой энергии, ветровые турбины размещаются на больших высотах, а наиболее благоприятные регионы по скорости ветра часто являются и наиболее неблагоприятными в климатической части. На таких участках зимой происходит обледенение. Опыт показывает, что обледенение ветрогенераторов сложный процесс, потому что скорость нарастания льда на лопастях зависит от многих факторов: температуры воздуха, влажности и давление, скорость ветра, угол атаки лопастей, размер водяных капель и т. д.
Когда лопасти ветряка покрываются льдом, аэродинамические свойства лопастей меняются, вырабатывается энергия. с помощью ветряной турбины. Более того, слой льда на лопастях создаёт нежелательную нагрузку, которая может повредить ротор турбины, вал и лопатки. Феномен обледенения до конца не изучен. Условия, в которых определяют обледенение, а также нарастание льда на лопастях ветряных турбин малоизвестны.Ветряные турбины имеют особую конструкцию со сложной системой, поэтому каждая часть машины имеет свой функционал. Накопление льда на поверхности лопастей изменяет их форму и массу, вызывая дисбаланс ротора, который вращается в основном за счет подъемной силы, создаваемой ветром. Другими словами, взаимодействие между ветром и турбиной теперь изменено, поэтому система управления не работает с оптимальной рабочей точкой.
Существует 2 вида атмосферного обледенения: внутриоблачное обледенение (изморозь и смешанный лед) и атмосферное обледенение (ледяной дождь и мокрый снег). Глазированный лед образуется при температуре от 0 ℃ до -4 ℃ и в сочетании таких условий, как сильный ветер и высокое содержание воды. Изморозь возникает, когда температура составляет от -4 ℃ до -12 ℃, а лед белый и непрозрачный. Смешанный лед представляет собой комбинацию двух предыдущих, и это обычно происходит при понижении температуры.
Проблему обледенения необходимо решать своевременно, путём остановки ветрогенератора и удаления наледи, т.к. её образование ведёт к разбалансировке лопастей, что не заметно при малых скоростях, но при повышении скорости ветра возможно разрушение как лопастей так и самого ветрогенератора.
Мы предлагаем разные инновационные решения, разработанные для решения проблем обледенения ветрогенераторов.
Из жидкостей имеющихся в продаже, в большей степени, это химически нейтральные жидкости с рабочей температурой от -60С, которые служат для безопасного удаления наледи с лопастей и корпусов ветрогенераторов без нанесения им механических и химических разрушений.
Их текучесть близка к воде. Продолжительность эффекта зависит от климатических условий. Некоторое время остаток жидкости будет препятствовать образованию наледи, но в долгосрочной перспективе их эффект не будет продолжительным как хотелось бы.Иными словами эта жидкость служит для удаления наледи, но не защиты поверхности от ее образования на продолжительные периоды.
В тоже время можно рассмотреть использование гидрофобных покрытий для различных поверхностей, которые также имеются в продаже, но их нанесение возможно в тёплое время (от +5С)
Антиобледенительные жидкости для ветрогенераторов
Как обледенение влияет на работу ветряной электростанции? Ветряные турбины имеют особую конструкцию со сложной системой, поэтому каждая часть машины имеет свой функционал. Накопление льда на поверхности лопастей изменяет их форму и массу, вызывая дисбаланс ротора, который вращается в основном за счет подъемной силы, создаваемой ветром. Другими словами, взаимодействие между ветром и турбиной теперь изменено, поэтому система управления не работает с оптимальной рабочей точкой.
Существует 2 вида атмосферного обледенения: внутриоблачное обледенение (изморозь и смешанный лед) и атмосферное обледенение (ледяной дождь и мокрый снег). Глазированный лед образуется при температуре от 0 ℃ до -4 ℃ и в сочетании таких условий, как сильный ветер и высокое содержание воды. Изморозь возникает, когда температура составляет от -4 ℃ до -12 ℃, а лед белый и непрозрачный. Смешанный лед представляет собой комбинацию двух предыдущих, и это обычно происходит при понижении температуры.
На этом изображении показаны примеры изморози и гололеда.
Обледенение слева и обледенение справа.
Чтобы изучить эффекты образования льда в лопастях турбины, Адриана Худец провела экспериментальное исследование влияния гололеда, инея и образования смешанного льда на профиль профиля NACA 64–618 в Совместной климатической аэродинамической трубе (CWT) в Дании. Схема аэродинамической трубы представлена вверху следующего изображения, а результаты обледенения на профиле профиля - внизу, для различных климатических условий.
Аэродинамическая труба (вверху) и профиль крыла (внизу). Источник: Адриана Худец (2014).
Можно заметить, что каждое условие приводит к разному образованию льда на лезвии, и его воздействие в какой-то степени различно, но когда дело доходит до сил, действующих на лезвие, Адриана Худец говорит: «… разница между немедленным уменьшением коэффициента подъемной силы для разных типов льда не имеет значения, что указывает на то, что начальная деградация не зависит от типа образования льда для одного и того же угла атаки », и она указывает, что шероховатость поверхности оказывает более значительное влияние на начальный коэффициент подъемной силы чем форма аэродинамического профиля. Еще одно важное наблюдение состоит в том, что угол атаки имеет большое влияние на массу и форму ледяного налета.
В последние десятилетия было проведено множество исследований для выявления образования льда на ветряной турбине и того, как это событие влияет на выработку электроэнергии. Один из них был изготовлен Бласко, Паласиосом и Шмитцем в 2016 году и называется « Влияние неровностей обледенения на выработку энергии ветряными турбинами » в Университете штата Пенсильвания в США. В этом исследовании исследователи создали форму льда в некоторых выбранных условиях, и была изготовлена форма этой формы, и были измерены аэродинамические силы, чтобы можно было рассчитать и спрогнозировать разрушение. Результаты этого исследования показали 25–30% потерь мощности между некоторыми различными условиями, когда применяется какой-либо метод оптимизации. На следующем изображении показана методология, применяемая в этом исследовании.
Источник: Blasco, Palacios, Schmitz (2016) Государственный университет Пенсильвании.
Есть несколько способов обнаружения льда на ветряной турбине, такие как точки лазерного мониторинга, сочетание низкой температуры и высокой влажности, высота облаков, сравнение результатов анемометров с подогревом и без подогрева, анализ выработки электроэнергии установкой и т. Д. Если ветряная турбина вырабатывает меньше энергии, чем должна, и температура ниже 0 ℃, вероятность обледенения высока.
Чтобы помочь разработчикам, операторам и инвесторам ветряных электростанций, были созданы карты обледенения в таких регионах, как Скандинавия, Россия и Центральная Европа, с использованием наблюдательных или мезомасштабных моделей. Карты обледенения являются лишь первым индикатором этого события, поскольку количество и частота обледенения в основном зависят от температуры воздуха, относительной влажности и других параметров.
Также в научных справочниках есть карты
В нашей компании вы можете приобрести антиобледенительные жидкости разработанные специально для продолжительного действия. Их формула повторяет антиобледенительные жидкости, которыми обрабатывают фюзеляжи самолетов, но по физическим свойствам рассчитаны на сравнительно долгий срок работы (в отличии от авиационных ПОЖ, которые защищают самолет на этапе взлета, и смываются во время полёта).
Антиобледенительные жидкости для ветрогенераторов