КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 22-29-20294

НазваниеИсследование обледенения лопастей горизонтально-осевых ветроэнергетических установок для модернизации малых распределенных энергосистем региона

Руководитель Марьяндышев Павел Андреевич, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северный (Арктический) федеральный университет имени М. В. Ломоносова" , Архангельская обл

Конкурс №65 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами» (региональный конкурс)

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-402 - Гидроэнергетика, новые и возобновляемые источники энергии

Ключевые слова Ветроэнергетика, ветроэнергетическая установка, образование льда, обледенение лопасти ветроэнергетической установки, аэродинамика, вычислительная гидродинамика

Код ГРНТИ44.39.29

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Архангельская область обладает большим и еще не использованным ветроэнергетическим потенциалом. Существует возможность создания надежной и эффективной системы электроснабжения удаленных поселений, которая будет использовать местные возобновляемые источники энергии (ВИЭ). Электроснабжение этих районов на данный момент чаще всего осуществляется маломощными электростанциями, работающими на традиционном органическом топливе. Транспортировка топлива значительно увеличивает его стоимость. Помимо этого, при транспортировке в суровых климатических условиях существует повышенный риск разливов и утечек топлива, а работа энергетических установок, использующих ископаемые виды топлива, оказывает негативный экологический эффект на хрупкие северные экосистемы. Международный опыт показывает, что гибридные системы с использованием ветроэнергетических установок (ВЭУ), не включенные в систему центрального электроснабжения, могут обеспечить технически осуществимое и экономически обоснованное решение энергетических проблем, с которыми сталкиваются отдаленные северные районы. Наиболее актуальным является использование ВЭУ малой мощности, так как чаще всего удаленные населенные пункты характеризуются небольшим энергопотреблением. Основная нагрузка связана с зимнем периодом времени, когда активно используется освещение в связи с сокращенным световым днем и электроотопление. Однако, существуют риски при использовании ветроэнергетических установок в северных условиях в зимнее время года. Одним из таких общеизвестных рисков является обледенение лопастей. К негативным последствиям образования льда относится нарушение аэродинамики лопастей, что приводит к снижению подъемной силы и увеличению сопротивления. Снижение аэродинамических показателей лопастей ВЭУ приводит к уменьшению среднегодовой производительности энергии ветровой электростанции и, как следствие, к экономическим потерям. Кроме того, нарастание льда происходит неравномерно, что нарушает баланс и вызывает вибрацию. Это приводит к сокращению срока службы ветроэнергетической установки, механическому разрушению, обрушению льда и возможному ущербу здоровью человека. На данный момент в авиационной промышленности разработаны компьютерные коды для моделирования обледенения крыльев самолетов. Однако почти ни один из этих кодов не доступен для исследователей в области ветроэнергетики. Более того, эти коды учитывают требования авиационной промышленности, которые отличаются от требований ветроэнергетической промышленности. В отличие от крыла самолета, лопасти ветроэнергетической установки работают на дозвуковой скорости. Кроме того, размеры лопастей меньше, а углы атаки выше. Поэтому для исследователей в области ветроэнергетики важно иметь инструменты, разработанные специально для работы ветроэнергетических установок. Для оценки влияния льда на работу ветроэнергетической станции важно понять, как он образуется и в какой степени он может повлиять на работу установки. Решение проблемы обледенения лопастей ветроэнергетических установок позволит модернизировать энергосистемы удаленных территорий за счет использования местных возобновляемых источников энергии и повысить энергетическую устойчивость региона. Данный проект направлен на изучение процесса обледенения лопастей горизонтально-осевых ветроэнергетических установок малой мощности. На данный момент в мире наибольшее распространение получили ветроустановки мощностью 1 МВт, 2 МВт и больше. Промышленные ВЭУ данной мощности хорошо изучены, однако не подходят для небольших удаленных населенных пунктов. В связи с этим актуальной является задача исследования обледенения лопастей малых ВЭУ. В рамках проекта будут проводиться исследования потока воздуха, влияния температуры, скорости ветра, влажности, размера капель, кривизны и геометрии лопастей, шероховатости на процесс образования льда, его характеристики и форму. Будут выполнена оценка поведения процесса образования льда на лопастях малых ВЭУ, определены области подверженные наибольшему обледенению. Проведено сравнение различных геометрий лопастей с целью определения наименее подверженной обледенению при широком спектре различных климатических условий, а также при соблюдении баланса энергетической эффективности всей ветроэнергетической установки. Результаты моделирования будут подтверждаться экспериментальными исследованиями в аэродинамической трубе. В ходе работы будут выполнены моделирования различных режимов работы ветроэнергетической установки, направленных на сокращение последствий обледенения (временная остановка ВЭУ, работа в номинальном режиме, сокращение скорости вращения ротора при условиях обледенения). В результате будет выбран наиболее оптимальный режим работы, который позволяет сократить обледенение лопастей с наименьшими потерями в выработке энергии. Проблема предсказания образования льда также является актуальной при эксплуатации ветровых электростанций. От точности прогноза зависит эффективность примененных действий для сокращения образования льда. В рамках проекта на основе статистических метеорологических данных и результатах моделирования обледенения будет создана новая математическая модель, с помощью которой можно выполнять прогнозирование характеристик образования льда в зависимости от климатических условий.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---