由愛荷華州立大學的Hui Hu領導的研究人員將他們對風力渦輪機結冰的研究帶出了實驗室，并到現(xiàn)場了解旋轉葉片上的冰是如何以及在哪里積聚的。他們了解到，葉片上的冰會使發(fā)電量降低80%。現(xiàn)場研究也驗證了他們的實驗結果、理論和預測。
風力渦輪機葉片在寒冷、潮濕的環(huán)境中旋轉，會在其葉片的尖端聚集近一英尺厚的冰，這就破壞了葉片的空氣動力學以及整個渦輪機的平衡。愛荷華州立大學航空航天工程系Martin C. Jischke教授和該校航空器結冰物理和防/除冰技術實驗室主任Hui Hu領導的一項最新發(fā)表的現(xiàn)場研究表明，這可能會使能源生產(chǎn)劇降80%。
Hui Hu在實驗室從事渦輪葉片結冰的研究已經(jīng)有10年左右的時間，包括在ISU獨特的結冰研究隧道中進行實驗。這些工作大多得到了愛荷華能源中心和國家科學基金會的資助。
"但我們總是有疑問，我們在實驗室里做的事情是否代表了現(xiàn)實世界發(fā)生的事情，"胡說。"在大型、公用事業(yè)規(guī)模的風力渦輪機的葉片表面上會發(fā)生什么？"
我們都知道在上個月的冬季風暴中，德克薩斯州的風力發(fā)電和其他能源被凍結，幾乎無法使用。
Hui Hu想量化冬季天氣下風電場的情況，所以幾年前就開始組織實地調研。但這比他預想的要復雜得多。即使是在愛荷華州，大約5100臺風力渦輪機生產(chǎn)了該州40%以上的電力(根據(jù)美國能源信息協(xié)會的數(shù)據(jù))，他們沒有直接在生產(chǎn)環(huán)境中獲得接觸渦輪機的機會，能源公司通常不希望他們的渦輪機性能數(shù)據(jù)公開。
因此，作為國家科學基金會資助的學生國際研究體驗項目的一部分，Hui Hu與中國的華北電力大學可再生能源學院的研究人員建立了聯(lián)系，他詢問中國的風電場是否愿意合作。中國東部一個山脊上的34臺渦輪機，50兆瓦的風電場的運營商同意在2019年1月進行實地研究。Hu說，大多數(shù)渦輪機的發(fā)電量為1.5兆瓦，與在美國運營的公用事業(yè)規(guī)模的渦輪機非常相似。
由于研究人員所研究的風電場距離東海不遠，Hu表示，那里的風力渦輪機所面臨的結冰條件更像德克薩斯州的情況而不是愛荷華州的情況。愛荷華州的風電場暴露在更寒冷、更干燥的冬季條件下；當冬季寒冷降至德克薩斯州時，由于附近有墨西哥灣，那里的風電場會暴露在更多的水分中。
作為實地工作的一部分，研究人員使用無人機拍攝了50米長的渦輪葉片在暴露于長達30小時的冬季冰雪條件下的照片，包括凍雨、凍雨、濕雪和凍霧。
這些照片可以詳細測量和分析冰塊如何以及在哪里聚集在渦輪葉片上。Hu說，這些照片還使研究人員能夠將自然結冰和實驗室結冰進行比較，并在很大程度上驗證了他們的實驗結果、理論和預測。
照片顯示，"雖然冰塊在整個葉片跨度上都有積聚，但發(fā)現(xiàn)更多的冰塊積聚在外側葉片上，葉片尖端附近的冰層厚度高達0.3米（近1英尺），"研究人員在最近在線發(fā)表于《可再生能源》雜志的一篇論文中寫道。研究人員使用渦輪機內置的控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將葉片上有冰的運行狀態(tài)和發(fā)電量與更典型的無冰條件進行比較。
研究人員發(fā)現(xiàn)，結冰會有風力發(fā)電機的表現(xiàn)有重大影響："盡管風力很大，但發(fā)現(xiàn)結冰的風力渦輪機旋轉速度更慢，甚至在結冰事件中頻繁關閉，結冰引起的功率損失高達80%。"
這意味著Hu將繼續(xù)致力于另一個領域的風力渦輪機研究--尋找有效的方法來為葉片除冰，使它們在整個冬季都能保持旋轉，以便于電力持續(xù)流動。
