这张无人机照片来自对风力涡轮机结冰的实地研究，显示了冬季风暴期间，冰是如何积聚在涡轮机叶片顶端的。信用:胡慧/爱荷华州立大学在寒冷潮湿的环境中旋转的风力涡轮机叶片可以在它们的院子宽的叶尖上收集近一英尺厚的冰。这会破坏叶片空气动力学。这会破坏整个涡轮机的平衡。根据爱荷华州立大学航空航天工程教授、飞机结冰物理和防/除冰技术实验室主任胡慧最近发表的一项实地研究，这可能会中断高达80%的能源生产。
胡已经对涡轮叶片结冰进行了大约10年的实验室研究，包括在独特的ISU结冰研究风洞中进行实验。其中大部分工作得到了爱荷华能源中心和国家科学基金会的资助。
“但是我们总是有疑问，我们在实验室里做的事情是否代表了在现场发生的事情，”胡说。“大型实用风力涡轮机的叶片表面会发生什么？”
我们都知道最近在这个领域发生的一件事。在上个月的冬季风暴中，风力和其他能源在德克萨斯州冻结并失效。
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胡想量化冬季风电场发生的情况，所以几年前开始组织一项实地研究。但这比他预期的要复杂得多。即使在爱荷华州，大约5100个风力涡轮机产生了该州40%以上的电力(根据美国能源信息协会的数据)，他也没有机会使用涡轮机。能源公司通常不希望他们的涡轮机性能数据公开。
因此，胡——作为国家科学基金会资助的国际学生研究项目的一部分，他与北京华北电力大学可再生能源学院的研究人员建立了联系——询问中国的风力发电场是否会合作。
2019年1月，中国东部山脊上一个34涡轮、50兆瓦风力发电场的运营商同意进行一项实地研究。胡说，大多数涡轮机产生1.5兆瓦特的电力，与在美国运行的公用事业规模的涡轮机非常相似。
因为研究人员研究的风电场离中国东海不远，胡说，那里的风力涡轮机面临的结冰条件更像德克萨斯州，而不是爱荷华州。爱荷华州的风力发电场暴露在更冷、更干燥的冬季条件下；当冬季寒冷降临得克萨斯州时，由于附近的墨西哥湾，那里的风电场暴露在更多的湿气中。
研究人员前往现场研究中国东部这座山脊状风电场的结冰情况。学分:胡慧/爱荷华州立大学。测量冰
作为实地工作的一部分，研究人员使用无人机拍摄了50米长的涡轮叶片在长达30小时的寒冷冬季条件下的照片，包括冻雨、冻雨、湿雪和冻雾。
这些照片允许详细测量和分析涡轮叶片上的冰是如何以及在哪里聚集的。胡说，这些照片还使研究人员能够将自然结冰与实验室结冰进行比较，并在很大程度上验证了他们的实验发现、理论和预测。
研究人员在《可再生能源》杂志最近在线发表的一篇论文中写道，照片显示，“虽然冰在整个叶片跨度上堆积，但发现更多的冰堆积在外侧叶片上，叶片尖端附近的冰厚度高达0.3米(近1英尺)”。(完整的研究团队见侧栏。)
研究人员利用涡轮机的内置控制和数据采集系统，将叶片结冰的运行状态和发电量与更典型的无冰条件进行比较。
“这告诉我们有什么大不了的，对电力生产有什么影响，”胡说。
研究人员发现结冰有一个主要影响:
研究人员写道:“尽管风力很大，但在结冰事件期间，结冰的风力涡轮机被发现旋转得更慢，甚至频繁关闭，结冰导致的功率损失高达80%。
这意味着胡将继续致力于风力涡轮机研究的另一个领域——寻找有效的方法来除冰，使叶片在整个冬天持续旋转，电力持续流动。
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