Защо мълниите толкова често удрят ветрогенераторите

Заедно с бума на енергията от вятъра последното десетилетие е донесло и нови проблеми, свързани с нея.

Така се изяснило, че честотата на попадането на мълнии върху вятърните турбини е по-високо от тази да речем на сградите със същата височина. Защо има такъв проблем и как да се борим с него?

Жоан Монтаня от Политехническия университет на Каталония в Барселона и неговите колеги решили да изучат този загадъчен въпрос с помощта на радиоприемници, поставени на равни разстояния един от друг в няколко испански ветропарка. Това позволило да се състави триизмерна карта на радиопроблемите, предизвиквани от атмосферното електричество.

Станало ясно, че между вятърните турбини възникват периодични нискоинтензивни разряди, които достигат пик, когато лопатите на турбините преминават през горната точка на своя път.

Установено било и сравнително рядко събитие – разряд от земята към облака и обратно по време на една от бурите. Обикновено подобни разряди се реализират така: положително зареденият стъпаловиден лидер на мълнията се движи нагоре, докато не достигне областта на отрицателния разряд в облака; след достигането на тази точка настъпва обратен разряд (основният).

Но наблюденията показали противоположната картина – отрицателният заряд от вятърните турбини се повдигал на около 5 км нагоре, където се срещал с областта на положителен заряд. Теоретично такава ситуация е много опасна за наземния обект, но в облаците този ден имало „борба“ за области с положителен и отрицателен заряд, поради което обратният разряд (главният) ударил със силно отклонение на 20-25 км от вятърните установки.

Още по-интересна изглежда друга ситуация – веднъж било забелязано как лидерите се издигат нагоре от три турбини наведнъж, макар че получател на обратен разряд станала само една от тях. На теория това означава, че турбините не са били изолирани една от друга електрически в необходимата степен.

Какво навлича такива неприятности на ветрогенераторите? Спомняте ли си прост опит – ако потриете стъклена/ебонитова пръчка в кърпа, то ще получите на нея електрически заряд. Лопатите на вятърните турбини са диелектрик. Значи те също не могат свободно да разсейват събрания върху тях заряд, а благодарение на своите размери лопатите изпитват доста прилично триене от въздуха, капките дъжд или сняг. Тоест, когато над нас се появят заредени облаци, вдигането на лидерите на мълниите от вятърните турбини нагоре и обратното спускане на основния разряд не са чудни.

Освен това обикновено предмет с електрически заряд е заобиколен от слой йонизиран въздух, нещо като корона. Тя встъпва като буфер, гасящ последствията от натрупването на заряда. Но движението на краищата на вятърните лопати често е толкова бързо, че те значително изпреварват йонизирания въздух около себе си и попадат в по-малко йонизирани области, където разрядът от тяхната повърхност (нагоре, към облаците) е по-вероятен.

Какво може да се препоръча тук и сега? Да се спират или поне да се забавят лопатите на турбините по време на най-силните бури, като по този начин се намалява рискът от увреждането им от мълниите. Впрочем очевидно е, че това решение не е панацея и трябва да се търсят други начини, дори те да включват банално антистатично покритие на лопатите. Сега поне на проблема най-сетне му е обърнато внимание, а оттук вероятно и решаването му не е така далече.

Отчет за изследването е публикуван в Journal of Geophysical Research.