Лед на лопастях и замедление: как мороз влияет на ветрогенераторы и как их защитить

Ветроэнергетика стремительно распространяется по миру, в том числе в регионах, где суровые зимы. Фокус выяснил, как морозы влияют на производительность ветряных турбин и какие есть решения для поддержания работы ветрогенераторов в холодное время года.

Может ли мороз навредить ветрогенератору

Портал Euronews пишет, что существенный процент ветряных турбин расположен в северных странах. Чуть менее 3000 ветряных турбин расположены в ледяных водах Северного моря и даже несколько в Антарктиде. Это говорит о том, что ветряные турбины могут выдержать холодный климат.

Что касается замерзания, многие ветряные турбины рассчитаны на работу при температурах до -30 градусов по Цельсию, однако при определенных условиях на лопастях турбин может образовываться лед. Это происходит не только во время снегопада или дождя, но и в периоды сильного холодного ветра или высокой влажности, когда опускается туман.

В издании отмечают со ссылкой ассоциацию ветроэнергетики WindEurope, что обледенение может повлиять на аэродинамику лопастей, так как делает их поверхность более шероховатой. Из-за этого снижается эффективность турбин и могут возникнуть проблемы с дисбалансом. Кроме того, существует опасность сброса льда с лопастей при вращении.

"Наибольшая опасность падения льда возникает, если ветряная турбина обледенела, а затем температура повышается или если солнце выходит и нагревает части ветряной турбины", — объяснил Свенск Винденерги из Шведской ассоциации ветроэнергетики (SWEA).

Как борются с обледенением турбин

Поскольку лед представляет угрозу для ветряных электростанций, представители отрасли разработали ряд решений этой проблемы. Современные турбины, как правило, оснащены технологиями борьбы с обледенением, в частности системами обогрева внутри лопастей. Для этого могут использоваться, механические устройства, жидкости, циркуляция горячего воздуха или системы вибрации лопастей.

Важно Потеря КПД на 50% и эффект альбедо: как солнечные панели работают зимой и что нужно учесть

Профессор аэрокосмической инженерии Хуэй Ху в своей статье для научно-новостного сайта The Conversation отметил, что большинство стратегий по предотвращению обледенения лопастей ветряных турбин ранее заимствовались из авиации, но крылья самолетов и ветряные турбины устроены по-разному и работают в совершенно разных условиях. Поэтому турбины требуют особого подхода.

К примеру, шведская компания Skellefteå Kraft первой разработала способ покрытия лопастей тонким слоем углеродного волокна, которое нагревается, когда датчики выявляют угрозу обледенения. Компания также использует систему, которая включает в себя как нагревательную фольгу в лопастях, так и циркуляцию горячего воздуха внутри лопастей.

Немецкая компания Nordex также предлагает "упаковки для холодного климата", которые, как сообщается, могут сократить потери энергии до 80% в условиях обледенения. По словам производителя, сегментированные нагревательные элементы согревают поверхности ротора, которые особенно важны для производительности турбины.

Почему турбины все равно замерзают

В 2021 году Техасский совет по надежности электроснабжения сообщил, что некоторые турбины в штате замерзли в самый разгар холодов, что привело к потере 16 ГВт мощности ветроэнергетики и других возобновляемых источников энергии.

Как отмечают в Euronews, тогда критики зеленой энергетики поспешили обвинить ветровую энергетику в неэффективности, однако причина обледенения была в том, что турбины просто не были рассчитаны на столь холодные условия. Исходя из исторических данных о погоде, нельзя было ожидать столь экстремально холодной погоды, поэтому разработчики не защитили лопасти должным образом.

"Это проблема экстремальных погодных условий, а не проблема чистой энергии. В любом случае это показывает, почему нам нужно инвестировать в создание большего количества возобновляемых источников энергии с улучшенной технологией передачи и хранения энергии для замены устаревших систем"— заявила тогда генеральный директор American Clean Power Хизер Зихал.

В Шведской ассоциации ветроэнергетики также отмечают, что если на турбинах все же образовался лед, то на место приезжает сервисная компания для проведения противообледенительной обработки. В таких редких случаях для удаления льда с турбин могут прилетать вертолеты.

В чем преимущества ветрогенераторов зимой

В своей статье Хуэй Ху пишет, что зима считается лучшим сезоном для ветроэнергетики — ветры сильнее, а поскольку плотность воздуха увеличивается с понижением температуры, на лопасти действует большая сила.

В свою очередь украинский портал Mind сравнил эффективность ветрогенераторов и солнечных панелей в зимнее веремя года. Продавцы ветрогенераторов в комментарии изданию отмечают, что летом большая производительность от солнца, зимой – от ветра, поэтому лучше устанавливать дома комбинированную систему.

"Некоторые считают, что летом ветряные мельницы почти непродуктивны. Не согласен. Они летом работают лучше, чем солнечные панели зимой", — добавил один из пользователей.

Также сообщалось, что китайская компания SANY Renewable Energy официально ввела в эксплуатацию самую большую в мире испытательную установку для тестирования ветряных турбин.