用于转子叶片的智能防冰系统

在非常寒冷的气候区，风可以用巨大的力量吹来。但到目前为止，这些地区很少建造风力涡轮机。转子叶片上形成冰的风险太高。但是现在，一个节能的加热系统可以在几秒钟内将这些涡轮机从冰中释放出来。只有在水结冰时才会打开。

许多公司回避在北部地区建造风力发电系统，即使那里的风很大。首先，天气条件代表了一个巨大的挑战：当在冰冻风暴条件下温度降至零度以下时，当转子叶片上形成冰层时，空气动力学性能会恶化。涡轮机产生的能量较少。负载的不可分割的重新分配扰乱了整体平衡，这进一步意味着叶片可能更快地击穿。最重要的是与冰柱断裂相关的安全风险。当出现结冰风险时，操作员将立即关闭系统。每年的电力生产显着减少 - 积冰导致电力损失从14%到20%不等。尽管潜力巨大，因此，在寒冷气候地区建造风力涡轮机的可能性要小得多。这就是“风热计划”的步骤：与四个的六家公司合作，斯图加特弗劳恩霍夫制造工程和自动化研究所的研究人员正在开发节能冰探测和防冰(或用于小型风力涡轮发电机的除冰系统。应该以这种方式避免与天气有关的停机时间。斯图加特弗劳恩霍夫制造工程与自动化研究所的研究人员正在为小型风力涡轮发电机开发节能冰探测和防冰(或除冰)系统。应该以这种方式避免与天气有关的停机时间。斯图加特弗劳恩霍夫制造工程与自动化研究所的研究人员正在为小型风力涡轮发电机开发节能冰探测和防冰(或除冰)系统。应该以这种方式避免与天气有关的停机时间。

碳纳米管涂层导致冰融化

现有的防冰系统是能源密集型的，因为它们必须加热整个转子叶片 - 无论整个叶片是否实际受到影响。但是对于“Windheat”，项目合作伙伴采取了不同的路线：这种转子叶片分为多个区域，每个区域都涂有碳纳米管(CNT)涂层。然后，将单独的冰检测器集成到每个单独的CNT层中。“我们的碳纳米管涂层仅加热那些实际上被冰冻的区域。这些是转子叶片的边缘，首先是，”IPA科学家Anne Gerten说。

这些微小，灵敏的探头不断测量表面的温度和湿度，对最轻微的波动作出反应，并检测水何时结冰。如果检测到冰，则在几秒钟内，探测器接通供应相应CNT层的热元件。一旦冰融化，热量就会自动关闭。“通过CNT涂层和传感器的组合，我们可以瞄准并加热结冰区域，基本上只有在实际需要时才会加热，”Gerten补充道。该项目的目标是使用这种除冰策略将能效提高至少18%。

仅几微米厚的CNT层可以容易地施加到转子叶片上。通过将CNT喷涂到自粘合聚合物膜上来施加。透明涂层使涂层绝缘，并进一步保护涂层免受湿气和机械影响。研究人员选择这种材料是因为它具有优异的机械性能。“原则上，这些碳纳米管是在各个地方相互接触的石墨包裹层。在这些接触点，电流转化为热量，”研究人员解释说。

在风洞中进行测试

转子叶片的哪些区域特别容易积冰?在项目中，他们使用计算机模拟来解决这个问题。最重要的是，刀片的边缘变成了神经点。IPA研究人员通过风洞试验证实了这些发现。在零下30摄氏度，冰，雨和风速高达120公里/小时的各种原型在真实条件下进行了测试。除此之外，科学家还为CNT涂层的小型风力涡轮发电机的转子叶片配备了装置。“我们已经为传感器和加热元件应用了经济实惠的材料。这是使防冰系统可用于批量生产的重要前提，”Dipl.-Ing解释道。Sascha Getto，Anne Gerten的同事 在IPA和负责风洞试验的研究员。“我们为小型风力发电机系统设计并制造了原型，但它们绝对适用于高档改造。” Getto认为航空也是风热系统的一个潜在应用领域 - 它可以解决飞机机翼问题。

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