2021年2月，德克萨斯州因一场意外的严重冬季风暴而面临灾难性的电力故障。天然气井结冰，输电变电站下线，电网运营商被迫启动轮流停电，数以百万计的家庭和企业数日无电。这种极端寒冷加上潮湿导致许多风力涡轮机明显结冰。
然而，虽然4吉瓦的风能确实下线了，但该州的大多数风力涡轮机仍保持在线状态，有助于通过持续的(如果低的)电力生产来减轻灾难。
监管机构的直接反应是呼吁对德克萨斯州的电力资产进行冬季化，以防止这场灾难重演。许多风电场业主正在考虑是否值得效仿以增加其涡轮机的冬季化以扩大运营能力并可能利用更高价格的生产期。
以下是业主必须考虑的三个关键步骤，以便优化他们的风电场，让他们有最好的机会在极端天气事件中提供低成本、清洁的能源。
结冰会以多种方式影响涡轮机性能。首先，冰会在涡轮机上积聚并直接降低空气动力学性能。随着叶片上的冰和负载达到临界水平，涡轮机将关闭以防止机械损坏。
在得克萨斯州灾难发生的那一周，由于低风预报，预期产量已经低于平均水平——这意味着由于寒冷而导致的任何额外发电损失都被降至最低。然而，为了提前计划未来的极端天气并防止在高电价期间损失输出，风电场所有者需要在预期资源和环境条件以及涡轮机健康状况的背景下监控和分析资产性能。
为了模拟涡轮机在寒冷天气中的性能，第一步是为“正常”条件下的涡轮机性能建立基线。这使风电场所有者能够检测何时发生结冰、迄今为止花费的资金，并最终使他们能够预测未来一年的表现和变化。
先进的数据分析，例如使用人工智能和机器学习，是提供对涡轮机性能的全面理解和基于所有可用数据建模“最坏情况”的关键。
在寒冷的条件下，冰会导致长期表现不佳。冰冻温度和湿度的结合——例如，当叶片尖端穿过冰冻的云层时——会导致叶片表面形成霜冰。然后这种冰传播，降低涡轮机的空气动力学性能。叶片上冰的重量会触发涡轮机停机——既是一种安全措施，也是为了保护涡轮机免于过载。涡轮机将保持离线状态，直到冰融化，如果低温持续存在，这可能需要数周时间。
防止在某些地点结冰就像在云层覆盖期间关闭涡轮机电源一样简单，以防止叶片继续暴露在寒冷和潮湿的环境中，因为旋转叶片比静止叶片更快地积冰。尽管这会导致发电量立即下降，但一旦条件清除且温度升高，涡轮机就可以再次启动，而结冰更严重的涡轮机将长时间保持离线状态。这种策略对于经历长时间寒冷但结冰频率低的站点非常有用。
改造——在有意义的时候
已经开发了防冰和除冰系统以加快从涡轮机上除冰的速度。最常见的是，这些采用叶片中的加热器形式，以防止或消除冰的堆积，使涡轮机能够在低于冰点的温度下运行。防水涂层也可以应用于叶片，防止沉淀物的粘附和冰晶的形成。
由于气候经常寒冷潮湿，这些改造在北欧和北美很常见。业主可以肯定，安装这些系统的额外成本将得到回报，因为他们预计条件每年都会降至冰点以下。
然而，在业主投资防冰系统之前，必须考虑德克萨斯等州极端寒流的相对频率，因为这项技术可以将项目的资本支出提高6%。如果极端寒冷的天气事件每25年只发生一次，那么改造防冰系统可能会提高开发成本——并最终提高该项目的能源成本——而没有显着的投资回报。
此外，防冰系统本身需要维护，以防止在最需要时出现机械或电气故障。在经常使用这些系统的北部地区，很容易检测到防冰系统何时发生故障，并在下一个寒冷期之前立即修复。但是，如果这些系统很少使用，可能会错过多年的技术故障，从而阻止该技术在最需要的时候上线。
为了验证对防冰和除冰系统的投资，业主必须小心地通过预期的寒冷天气来模拟风电场的性能，同时还要考虑德克萨斯冬季风暴等事件在项目生命周期内重复发生的可能性。
保持低成本使德克萨斯州在安装风力发电能力方面处于世界领先地位——任何缓解极端天气事件的方法都必须确保额外成本最终会得到回报。
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