智能碳纳米管让风力发电机叶片不再怕冷

       据nanowerk.com报道称，虽然地球北部的寒冷地区狂风呼啸，但是那里却很少建有风力发电机。这是因为当温度降到零度以下时，叶片上会结冰，叶片的气动性能、发电效率会下降，使其运行成本升高，发电机也有可能损坏。同时冰柱断裂也是一个安全隐患。

       但现在，一种节能加热系统可以在几秒钟内除去发电机上的冰，它只有在水结冰时才会启动。作为欧盟风热项目的一部分，弗劳恩霍夫制造工程和自动化研究所的研究人员（IPA，斯图加特，德国）正在开发一种使用碳纳米管的高效节能的冰检测和防结冰小型风力发电机。

       现有的除冰技术会消耗很多不必要的电能，因为现有的除冰技术不管哪个部分结冰都会加热整个叶片。该风热项目是则在寻求一种不同的途径。将叶片分为不同的区域，每个区域表面喷涂了一层碳纳米管（CNTs）。然后将一个个独立的冰探测器安置到每个碳纳米管涂层中去。“我们的碳纳米管涂层加热的只有那些真正结冰的区域，”IPA的科学家Anne Gerten说。“这些地方往往是叶片最重要的边缘区域。

       这些微小的、敏感的探针可以持续测量表面的温度和湿度，可以对水结冰时最轻微的波动作出反应。一旦检测到冰，探测器开关会在数秒内启动加热元件，供给相应的碳纳米管涂层。一旦冰融化，加热元件自动关闭。“将CNT涂层与传感器相结合，我们可以锁定并加热真正结冰的区域，”Gerten补充说。该项目的目标是通过使用除冰技术使发电效率提高至少18%。

       CNT层只有几微米厚，报道称将CNT喷到叶片上自粘的高分子膜上会比较容易附着。透明涂层使涂层绝缘和保护它不受湿度和力学影响。研究者选择这种材料是由于其优异的力学性能。“原理是，这些碳纳米管是包裹的石墨层，在不同的地方互相接触。在这些接触点，电流转换成热。”Gerten解释道。

       研究者用计算机模拟的结果是叶片的边缘最容易结冰。并通过复原真实环境（零下30°C，冰、雨和风速高达120 km/h）的风洞测试证实了这个结果。

       “我们是将实惠的材料用于传感器和加热元件。这是使防冰系统成批生产可行的重要前提。”IPA中Anne Gerten’的同事，也是负责风洞试验研究员Dipl.-Ing. Sascha Getto解释道，“我们设计和制造了小型风力发电系统的原型，但它们绝对适合大规模改造。”

        Getto 认为，飞机机翼除冰也是风热系统一个潜在的应用领域。