Лід на лопатях і сповільнення: як мороз впливає на вітрогенератори та як їх захистити

Взимку вітрові електростанції, як правило, ефективніші за сонячні, проте є нюанси, які слід враховувати під час морозів.

Вітроенергетика стрімко поширюється світом, зокрема в регіонах, де суворі зими. Фокус з'ясував, як морози впливають на продуктивність вітряних турбін і які є рішення для підтримки роботи вітрогенераторів у холодну пору року.

Чи може мороз нашкодити вітрогенератору

Портал Euronews пише, що істотний відсоток вітряних турбін розташований у північних країнах. Трохи менше ніж 3 000 вітряних турбін розташовані в крижаних водах Північного моря і навіть кілька в Антарктиді. Це свідчить про те, що вітряні турбіни можуть витримати холодний клімат.

Щодо замерзання, багато вітряних турбін розраховані на роботу за температур до -30 градусів за Цельсієм, однак за певних умов на лопатях турбін може утворюватися лід. Це відбувається не тільки під час снігопаду або дощу, а й у періоди сильного холодного вітру або високої вологості, коли опускається туман.

У виданні зазначають із посиланням на асоціацію вітроенергетики WindEurope, що обмерзання може вплинути на аеродинаміку лопатей, оскільки робить їхню поверхню більш шорсткою. Через це знижується ефективність турбін і можуть виникнути проблеми з дисбалансом. Крім того, є небезпека скидання льоду з лопатей під час обертання.

"Найбільша небезпека падіння льоду виникає, якщо вітряна турбіна обмерзла, а потім температура підвищується або якщо сонце виходить і нагріває частини вітряної турбіни", — пояснив Свенск Вінденергі зі Шведської асоціації вітроенергетики (SWEA).

Як борються з обмерзанням турбін

Оскільки лід становить загрозу для вітряних електростанцій, представники галузі розробили низку рішень для цієї проблеми. Сучасні турбіни, як правило, оснащені технологіями боротьби з обмерзанням, зокрема системами обігріву всередині лопатей. Для цього можуть використовуватися механічні пристрої, рідини, циркуляція гарячого повітря або системи вібрації лопатей.

Професор аерокосмічної інженерії Хуей Ху у своїй статті для науково-новинного сайту The Conversation зазначив, що більшість стратегій із запобігання обмерзання лопатей вітряних турбін раніше запозичили з авіації, але крила літаків і вітряні турбіни влаштовані по-різному та працюють у зовсім різних умовах. Тому турбіни вимагають особливого підходу.

Наприклад, шведська компанія Skellefteå Kraft першою розробила спосіб покриття лопатей тонким шаром вуглецевого волокна, яке нагрівається, коли датчики виявляють загрозу обмерзання. Компанія також використовує систему, яка охоплює як нагрівальну фольгу в лопатях, так і циркуляцію гарячого повітря всередині лопатей.

Німецька компанія Nordex також пропонує "паковання для холодного клімату", яке, як повідомляється, може скоротити втрати енергії до 80% в умовах обмерзання. За словами виробника, сегментовані нагрівальні елементи зігрівають поверхні ротора, які особливо важливі для продуктивності турбіни.

Чому турбіни все одно замерзають

2021 року Техаська рада з надійності електропостачання повідомила, що деякі турбіни у штаті замерзли в самий розпал холодів, що призвело до втрати 16 ГВт потужності вітроенергетики та інших поновлюваних джерел енергії.

Як зазначають в Euronews, тоді критики зеленої енергетики поспішили звинуватити вітрову енергетику в неефективності, однак причина обмерзання була в тому, що турбіни просто не були розраховані на настільки холодні умови. Виходячи з історичних даних про погоду, не можна було очікувати настільки екстремально холодної погоди, тому розробники не захистили лопаті як слід.

"Це проблема екстремальних погодних умов, а не проблема чистої енергії. У будь-якому разі це показує, чому нам потрібно інвестувати у створення більшої кількості поновлюваних джерел енергії з покращеною технологією передавання та зберігання енергії для заміни застарілих систем", — заявила тоді генеральна директорка American Clean Power Гізер Зіхал.

У Шведській асоціації вітроенергетики також зазначають, якщо на турбінах все ж таки утворилася крига, то на місце приїжджає сервісна компанія для проведення протикригової обробки. У таких рідкісних випадках для видалення льоду з турбін можуть прилітати вертольоти.

У чому переваги вітрогенераторів узимку

У своїй статті Хуей Ху пише, що зима вважається найкращим сезоном для вітроенергетики — вітри сильніші, а оскільки щільність повітря збільшується з пониженням температури, на лопаті діє більша сила.

Зі свого боку український портал Mind порівняв ефективність вітрогенераторів і сонячних панелей у зимову пору року. Продавці вітрогенераторів у коментарі виданню зазначають, що влітку більша продуктивність від сонця, взимку — від вітру, тому краще встановлювати вдома комбіновану систему.

"Дехто вважає, що влітку вітряки майже непродуктивні. Не згоден. Вони влітку працюють краще, ніж сонячні панелі взимку", — додав один із користувачів.