Nu kan vindkraftverkens rotorblad bli isfria

Vindkraft i vinter, ingen utmaning längre. Foto: Statkraft.no

Vinden kan blåsa med en enorm kraft i många ytterst kalla klimatzoner. Ändå har det byggts få vindkraftverk i dessa regioner, åtminstone fram till nu. Risken för isbildning på rotorbladen har varit alldeles för hög.

Men nu har det utvecklats ett energieffektivt värmesystem som befriar turbinerna från is i några få sekunder. Systemet aktiveras först när temperaturerna sjunker under nollstrecket. Avisningsfunktionen är påslagen så länge utomhustemperaturen ligger under fryspunkten.

Många företag avstår från att bygga vindkraftverk i nordliga regioner, även om vinden där blåser med enorm kraft. I dessa regioner utgör väderförhållanden dock en stor utmaning.

Aerodynamiska egenskaper försämras när ett lager av is bildas på rotorbladen samtidigt som temperaturen sjunker undan för undan, under noll grad.

Turbinerna börjar då producera betydligt mindre energi.

Omfördelning av belastningen på rotorblad stör rotorenas övergripande balans, vilket dessutom innebär att bladen kan brytas av. Dessutom ökar säkerhetsriskerna när istappar lossnar och förvandlas till projektiler.

När det uppstår risk för isbildning stänger operatörerna driften omedelbart. Isbildning minskar den årliga produktion markant och kan leda till energiförluster mellan 14 till 20 procent.

Trots deras stora potential har det byggts ytterst få vindkraftverk i arktiska klimatregioner. Åtminstone än så länge.

Idag arbetar EU:s "Windheat projekt" för att lösa detta problem. Det sker i samarbete med sex företag från fyra EU-stater, däribland forskare vid Fraunhofer Institute for produktionsteknik och Automation IPA i Stuttgart.

De har tagit fram ett energieffektivt avisnings- och anti-isbildning system för mindre vindkraftverk. Perioder av väderrelaterade stilleståndstider kan, enligt forskarteamet, undvikas genom detta system, som går ut på att en beläggning av Carbon nanotube, får isen att smälta.

Befintliga system som används idag för att hindra isbildning är mycket energiintensiva, eftersom de måste värma upp hela rotorbladet, trots att det är långtifrån hela bladet som är utsatt för temperaturer under noll.

Däremot har "Windheat,"- projektet valt en annan väg. Rotorns blad är indelade i olika zoner som är täckta med carbon nanotube (CNT) - beläggning. Varje enskild CNT-lager har försetts med en separat is-detektor.

- Vår Carbon nanotube beläggning värmer upp endast sådana zoner i bladet som är verkligen kalla. De är normalt ytterkanterna i ett rotorblad, säger Anne Gerten, forskare på IPA.

Dessa små, känsliga sensorer mäter temperaturen och luftfuktigheten på rotorbladets yta. Sensorerna reagerar på minsta möjliga fluktuationer och de upptäcker när vattnet börjar frysa till is. När isbildning påträffas, kopplar detektorerna i ett par sekunder på elementet som levererar värmen till det berörda CNT -lagret. När isen har smält, stängs värmen automatiskt av.

CNT -lagret, som är bara några mikrometer tjockt, är lätt att applicera på rotorbladet. Det sker genom att CNT sprids på en självhäftande polyfilm. Den isoleras med hjälp av en så kallad Clear-coat-beläggning, som skyddar dessutom den från fukt och mekaniska effekter.

Forskarna valde detta material på grund av dess goda mekaniska egenskaper.

IPA forskarna kunde bekräfta sina slutsatser också genom tester i vindtunnel. Tester med olika prototyper genomfördes i minus 30 grader och under realistiska förhållanden med is, regn och under vindhastigheter på upp till 120 km/t.