风力涡轮机可以在结冰的天气下运行吗

导读 2021 年 2 月在德克萨斯州发生的冻结事件引起了人们对寒冷天气下风力涡轮机行为的关注。风力发电低于预期产量,但不是全州大面积停电的

2021 年 2 月在德克萨斯州发生的冻结事件引起了人们对寒冷天气下风力涡轮机行为的关注。风力发电低于预期产量,但不是全州大面积停电的主要驱动力。事实证明,如果准备得当,风力涡轮机可以在寒冷的环境中成功发电(许多北欧国家全年大部分电力都来自风力发电)。由于许多气候科学家预计极端天气事件(包括冰冻温度)会增加,如果能够在冬季保持叶片旋转,寒冷气候运行为风力涡轮机原始设备制造商提供了一个利基市场。

风力涡轮机叶片表面的积冰可能会导致转子产生有害的不平衡,从而导致生产和结构设计负荷问题。叶片上的冰脱落会损坏其他叶片,撞击机舱顶部,甚至对财产和行人造成危险情况。

灵敏的冰探测系统将是提供预警的第一步。查看天气、运行信号和使用商用冰探测器是一个很好的起点。检测结冰的方法有很多:视觉、机械、差压、振动、超声波和光学。现代冰探测器,如New Avionics Corp.的冰探测器,完全是光学的。远程组件光源和接收器监控不透明度和折射率与探测器探头接触的任何物质。光学冰探测器作为一个组合的光谱仪和光开关工作。不透明度的变化记录为雾凇;折射率的变化记录为透明的冰。现代冰传感器通常成本较低、重量轻且尺寸较小。继电器触点向主机控制系统发送“go/no-go”或“ice/no-ice”信号。它们在 8 至 30 V 的直流电源上运行,只需 2 W 的功率即可运行。结冰检测可以作为改造安装在运行中的涡轮机上。

在德克萨斯州等很少发生风力涡轮机结冰的地方,停止涡轮机可能是成本最优的解决方案。为了最大限度地减少结冰造成的生产损失,应结合使用预测、检测和缓解措施。更好的可预测性还可以让运营商确定是否以及何时完全关闭风电场运营。在某些情况下,太阳可以融化冰。如果模型显示严重的结冰概率,结冰太厚或太快,那么停止风力涡轮机将是采取的行动。在这种情况下,预测在减轻停电风险方面发挥着重要作用。

在结冰可能更频繁发生的地区,建议也考虑防冰措施。防冰系统允许风力涡轮机在冬季继续运行。有许多防冰系统,包括被动系统,如疏冰或防冰涂层,以及主动系统,如热空气或电热系统。

冰检测和防冰技术正在改进,其成本正在下降。在强风和高电价的寒冷季节生产能源对风力涡轮机来说是一个巨大的机会。但这需要更好的预测、早期发现和风险缓解。

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