由愛荷華州立大學(xué)的Hui Hu領(lǐng)導(dǎo)的研究人員將他們對風(fēng)力渦輪機結(jié)冰的研究帶出了實驗室，并到現(xiàn)場了解旋轉(zhuǎn)葉片上的冰是如何以及在哪里積聚的。他們了解到，葉片上的冰會使發(fā)電量降低80%。現(xiàn)場研究也驗證了他們的實驗結(jié)果、理論和預(yù)測。

風(fēng)力渦輪機葉片在寒冷、潮濕的環(huán)境中旋轉(zhuǎn)，會在其葉片的尖端聚集近一英尺厚的冰，這就破壞了葉片的空氣動力學(xué)以及整個渦輪機的平衡。愛荷華州立大學(xué)航空航天工程系Martin C. Jischke教授和該校航空器結(jié)冰物理和防/除冰技術(shù)實驗室主任Hui Hu領(lǐng)導(dǎo)的一項最新發(fā)表的現(xiàn)場研究表明，這可能會使能源生產(chǎn)劇降80%。

Hui Hu在實驗室從事渦輪葉片結(jié)冰的研究已經(jīng)有10年左右的時間，包括在ISU獨特的結(jié)冰研究隧道中進(jìn)行實驗。這些工作大多得到了愛荷華能源中心和國家科學(xué)基金會的資助。

"但我們總是有疑問，我們在實驗室里做的事情是否代表了現(xiàn)實世界發(fā)生的事情，"胡說。"在大型、公用事業(yè)規(guī)模的風(fēng)力渦輪機的葉片表面上會發(fā)生什么？"

我們都知道在上個月的冬季風(fēng)暴中，德克薩斯州的風(fēng)力發(fā)電和其他能源被凍結(jié)，幾乎無法使用。

Hui Hu想量化冬季天氣下風(fēng)電場的情況，所以幾年前就開始組織實地調(diào)研。但這比他預(yù)想的要復(fù)雜得多。即使是在愛荷華州，大約5100臺風(fēng)力渦輪機生產(chǎn)了該州40%以上的電力(根據(jù)美國能源信息協(xié)會的數(shù)據(jù))，他們沒有直接在生產(chǎn)環(huán)境中獲得接觸渦輪機的機會，能源公司通常不希望他們的渦輪機性能數(shù)據(jù)公開。

因此，作為國家科學(xué)基金會資助的學(xué)生國際研究體驗項目的一部分，Hui Hu與中國的華北電力大學(xué)可再生能源學(xué)院的研究人員建立了聯(lián)系，他詢問中國的風(fēng)電場是否愿意合作。中國東部一個山脊上的34臺渦輪機，50兆瓦的風(fēng)電場的運營商同意在2019年1月進(jìn)行實地研究。Hu說，大多數(shù)渦輪機的發(fā)電量為1.5兆瓦，與在美國運營的公用事業(yè)規(guī)模的渦輪機非常相似。

由于研究人員所研究的風(fēng)電場距離東海不遠(yuǎn)，Hu表示，那里的風(fēng)力渦輪機所面臨的結(jié)冰條件更像德克薩斯州的情況而不是愛荷華州的情況。愛荷華州的風(fēng)電場暴露在更寒冷、更干燥的冬季條件下；當(dāng)冬季寒冷降至德克薩斯州時，由于附近有墨西哥灣，那里的風(fēng)電場會暴露在更多的水分中。

作為實地工作的一部分，研究人員使用無人機拍攝了50米長的渦輪葉片在暴露于長達(dá)30小時的冬季冰雪條件下的照片，包括凍雨、凍雨、濕雪和凍霧。

這些照片可以詳細(xì)測量和分析冰塊如何以及在哪里聚集在渦輪葉片上。Hu說，這些照片還使研究人員能夠?qū)⒆匀唤Y(jié)冰和實驗室結(jié)冰進(jìn)行比較，并在很大程度上驗證了他們的實驗結(jié)果、理論和預(yù)測。

照片顯示，"雖然冰塊在整個葉片跨度上都有積聚，但發(fā)現(xiàn)更多的冰塊積聚在外側(cè)葉片上，葉片尖端附近的冰層厚度高達(dá)0.3米（近1英尺），"研究人員在最近在線發(fā)表于《可再生能源》雜志的一篇論文中寫道。研究人員使用渦輪機內(nèi)置的控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將葉片上有冰的運行狀態(tài)和發(fā)電量與更典型的無冰條件進(jìn)行比較。

研究人員發(fā)現(xiàn)，結(jié)冰會有風(fēng)力發(fā)電機的表現(xiàn)有重大影響："盡管風(fēng)力很大，但發(fā)現(xiàn)結(jié)冰的風(fēng)力渦輪機旋轉(zhuǎn)速度更慢，甚至在結(jié)冰事件中頻繁關(guān)閉，結(jié)冰引起的功率損失高達(dá)80%。"

這意味著Hu將繼續(xù)致力于另一個領(lǐng)域的風(fēng)力渦輪機研究--尋找有效的方法來為葉片除冰，使它們在整個冬季都能保持旋轉(zhuǎn)，以便于電力持續(xù)流動。