Разработка стратегии борьбы с обледенением для решения ветроэнергетических задач в Арктике

Проект направлен на решение фундаментальной научной задачи по эффективному использованию огромного возобновляемого энергетического ресурса Арктики и восточного побережья РФ - кинетической энергии атмосферного пограничного слоя с помощью ветрогенераторов, которые сейчас являются одним из видов экологически чистой и ресурсосберегающей энергетики. Задача проекта связана с поиском оптимальных решений для борьбы с обледенением - одной из основных проблем, сдерживающих эффективное использование ветрогенераторов для автономного энергоснабжения отдаленных населённых пунктов крайнего севера. Сейчас эта тематика перспективна и очень актуальна для обеспечения динамического развития энергетики в Арктических и отдаленных регионах Сибири. Эффективное решение поставленных задач в области ветроэнергетики с учетом их обобщения для применения к другим объектам жизнедеятельности может стать прорывной темой при решении данной проблемы для других направлений развития Арктического региона, что подчёркивает принципиальную важность развития этих знаний в целом. Необходимость проведения данных исследований подтверждается повышенным интересом к освоению Арктического региона ведущими мировыми державами. Выработка стратегии борьбы с обледенением здесь играет значимую роль, что подтверждается созданием международного научного Консорциума по «Разработке совместной академической и исследовательской программы по изучению обледенения структур в холодных регионах». Авторы проекта являются участниками этого Консорциума, поэтому исчерпывающе владеют актуальной информацией об основных мировых научных конкурентах, современном состоянии исследований по данному направлению, тенденциях и проблемах в его развитии. Вращающиеся роторы ветрогенераторов являются наиболее сложными объектами для изучения воздействия обледенения. Здесь возникает комплекс проблем: ухудшаются аэродинамические характеристики лопастей, снижается производительность, увеличивается вес лопастей и происходит нарушение балансировки ротора. Данный комплекс проблем приводит к тому, что ветрогенераторы часто приходится останавливать во избежание их поломки или опасности отрыва кусков льда от лопастей. В рамках Проекта предполагается определить наиболее эффективную стратегию по борьбе с обледенением лопастей ветрогенераторов в климатических условиях, характерных для арктического побережья РФ, включая изучение эффективности новой технологии для ветрогенераторов по использованию иерархических супергидрофобных (ИСГ) покрытий, приближенных по форме к двух масштабным нано структурным покрытиям природных объектов. Использование ИСГ пленок в отличие от используемых других супергидрофобных покрытий для обеспечения эффективной работы ветрогенераторов в холодных климатических условиях является принципиально новым подходом, пока не имеющим аналогов в мире. Впервые в условиях сложных аэродинамических потоков будет исследована эффективность новых противообледенительных систем на базе защитных ИСГ плёнок с иерархическими размерами нано-структур от 50 нанометров до 100 мкм. Эти результаты могут существенно изменить представление о природе обледенения на ИСГ покрытиях и помогут выявить и установить новые закономерности явления обледенения на нано-структурных поверхностях и способов борьбы с ним. Для проверки эффективности противообледенительных систем и выявления наиболее эффективных методов защиты будет произведено экспериментальное сопоставление эффективности ИТС при раздельном и совместном применении с разными традиционными методами борьбы с обледенением путем использования тепловых нагревателей, ультразвуковых и вибрационных устройств и других супергидрофобных покрытий с целью выявления наиболее оптимального метода или их комбинации. Это комплексное использование всех предложенных методов и подходов, позволит успешно решить поставленную задачу по выработке общей стратегии борьбы с обледенением. Проект с высокой вероятностью будет выполнен успешно, результаты проекта, скорее всего, превзойдут запланированные в области комплексного использования ИТС совместно с традиционными методами борьбы с обледенением. Для выполнения аэродинамических экспериментальных исследований, будет использована климатическая аэродинамическая труба на базе существующего ветроэнергетического стенда, модифицированного холодильной установкой, имеющихся в наличии у коллектива. Это является основным экспериментальным ресурсом вполне достаточным для успешной реализации проекта, так что нет необходимости в приобретении нового дорогостоящего оборудования.