用于转子叶片的智能防冰系统

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许多公司避免在北方地区建设风力发电系统，即使那里风力很大。首先，天气条件代表了一个巨大的挑战：在冰冻风暴条件下，当温度降至零度以下时，当转子叶片上形成冰层时，空气动力学性能将会恶化。涡轮机产生的能量更少。负载的不可分割的重新分布扰乱了整体平衡，这进一步意味着叶片可能会更快地损坏。最重要的是冰柱断裂相关的安全风险。当有结冰的危险时，操作员会立即关闭系统。每年的发电量都显著减少——积冰造成的电力损失从14%到20%不等。尽管潜力巨大，但在寒冷气候地区建造风力涡轮机的可能性要小得多。这是“风热项目”的步骤：在四家公司和六家公司的合作下，斯图加特Flawn Hof制造工程与自动化研究所的研究人员正在开发节能的冰探测和防冰系统(或小型风力涡轮发电机的除冰系统)。这样可以避免与天气相关的停机时间。斯图加特Flawn Hof制造工程和自动化研究所的研究人员正在开发一种用于小型风力涡轮发电机的节能冰检测和防冰(或除冰)系统。这样可以避免与天气相关的停机时间。斯图加特Flawn Hof制造工程和自动化研究所的研究人员正在开发一种用于小型风力涡轮发电机的节能冰检测和防冰(或除冰)系统。这样可以避免与天气相关的停机时间。

碳纳米管涂层导致冰融化。

现有的防冰系统是能量密集型的，因为它们必须加热整个转子叶片——不管整个叶片实际上是否受到影响。但对于“Windheat”，项目合作伙伴采取了不同的路线：这个转子叶片被分成几个区域，每个区域都涂有碳纳米管(CNTs)。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只加热那些实际上被冻结的区域。首先，这些是转子叶片的边缘，”IPA科学家安妮格滕说。

这些微小、敏感的探针不断测量表面的温度和湿度，对最轻微的波动做出反应，并检测水何时结冰。如果检测到冰，在几秒钟内，检测器打开为相应的CNT层供电的热元件。一旦冰融化，暖气就会自动关闭。“通过碳纳米管涂层和传感器的结合，我们可以瞄准并加热冷冻区域，基本上只有在实际需要的时候，”格滕补充道。这个项目的目标是利用这种除冰策略将能源效率提高至少18%。

只有几微米厚的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，这些碳纳米管是石墨涂层，在各个地方相互接触。在这些接触点，电流转化为热量，”研究人员解释道。

风洞试验

转子叶片的哪些区域特别容易积冰？在这个项目中，他们使用计算机模拟来解决这个问题。最重要的是，刀刃变成了神经点。IPA的研究人员通过风洞试验证实了这些发现。零下30摄氏度，各种冰、雨、风速高达120 km/h的原型车在真实条件下进行测试。此外，科学家还为小型风力涡轮发电机配备了碳纳米管涂层的转子叶片。“我们将经济型材料用于传感器和加热元件。这是使防冰系统可用于大规模生产的重要先决条件，”迪普林解释说。Sascha Getto，Anne Gerten在IPA的同事，负责风洞试验的研究员。“我们已经设计并制造了小型风力涡轮机系统的原型，但它们绝对适合高端转型。”Getto认为，航空也是风热系统的一个潜在应用领域——可以解决飞机机翼的问题。

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