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智能碳納米管讓風力發(fā)電機葉片不再怕冷

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2014-12-27  來源:復材應用技術網  瀏覽次數(shù):58

       弗勞恩霍夫制造研究所研制出一種節(jié)能的方法,可以在數(shù)秒內去除發(fā)電機葉片上的冰。
       據nanowerk.com報道稱,雖然地球北部的寒冷地區(qū)狂風呼嘯,但是那里卻很少建有風力發(fā)電機。這是因為當溫度降到零度以下時,葉片上會結冰,葉片的氣動性能、發(fā)電效率會下降,使其運行成本升高,發(fā)電機也有可能損壞。同時冰柱斷裂也是一個安全隱患。


       但現(xiàn)在,一種節(jié)能加熱系統(tǒng)可以在幾秒鐘內除去發(fā)電機上的冰,它只有在水結冰時才會啟動。作為歐盟風熱項目的一部分,弗勞恩霍夫制造工程和自動化研究所的研究人員(IPA,斯圖加特,德國)正在開發(fā)一種使用碳納米管的高效節(jié)能的冰檢測和防結冰小型風力發(fā)電機。
       現(xiàn)有的除冰技術會消耗很多不必要的電能,因為現(xiàn)有的除冰技術不管哪個部分結冰都會加熱整個葉片。該風熱項目是則在尋求一種不同的途徑。將葉片分為不同的區(qū)域,每個區(qū)域表面噴涂了一層碳納米管(CNTs)。然后將一個個獨立的冰探測器安置到每個碳納米管涂層中去。“我們的碳納米管涂層加熱的只有那些真正結冰的區(qū)域,”IPA的科學家Anne Gerten說。“這些地方往往是葉片最重要的邊緣區(qū)域。
       這些微小的、敏感的探針可以持續(xù)測量表面的溫度和濕度,可以對水結冰時最輕微的波動作出反應。一旦檢測到冰,探測器開關會在數(shù)秒內啟動加熱元件,供給相應的碳納米管涂層。一旦冰融化,加熱元件自動關閉。“將CNT涂層與傳感器相結合,我們可以鎖定并加熱真正結冰的區(qū)域,”Gerten補充說。該項目的目標是通過使用除冰技術使發(fā)電效率提高至少18%。
       CNT層只有幾微米厚,報道稱將CNT噴到葉片上自粘的高分子膜上會比較容易附著。透明涂層使涂層絕緣和保護它不受濕度和力學影響。研究者選擇這種材料是由于其優(yōu)異的力學性能。“原理是,這些碳納米管是包裹的石墨層,在不同的地方互相接觸。在這些接觸點,電流轉換成熱。”Gerten解釋道。
       研究者用計算機模擬的結果是葉片的邊緣最容易結冰。并通過復原真實環(huán)境(零下30°C,冰、雨和風速高達120 km/h)的風洞測試證實了這個結果。
       “我們是將實惠的材料用于傳感器和加熱元件。這是使防冰系統(tǒng)成批生產可行的重要前提。”IPA中Anne Gerten’的同事,也是負責風洞試驗研究員Dipl.-Ing. Sascha Getto解釋道,“我們設計和制造了小型風力發(fā)電系統(tǒng)的原型,但它們絕對適合大規(guī)模改造。”
        Getto 認為,飛機機翼除冰也是風熱系統(tǒng)一個潛在的應用領域。
 
 
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