風力發電機組怕不怕冷？葉片結冰會有什麼影響嗎？上月的美國德州冰風暴衝擊風力發電廠與火力發電廠，釀成德州最嚴重的大斷電，讓人不禁好奇天寒地凍的天氣對風機會造成什麼衝擊，其中的緣由又是什麼。最近科學家稍稍回應疑問，結冰的葉片會降低風機轉速，發電量大打折扣並減少 80%。
若進一步觀察世界上風力發電場址，其實也不乏坐落在寒冷、溫差極大的區域，尤其風電更是從北歐起家，而世界上最冷的風力發電場或許位於南極，紐西蘭與美國團隊在平均零下幾十度的低溫環境下，共同於羅斯島火山口 Crater Hill 打造羅斯島風力發電場（Ross Island Wind Farm，RIWF）容量達 0.99MW，為紐西蘭斯科特基地及美國麥克默多站 11% 電力，從 2010 年營運至今。
顯然風力發電場在寒冷如南極的地方也可以運作，只不過該區域為羅斯島少數的無冰區。那麼結冰對風機會帶來怎樣的挑戰？根據美國愛荷華州立大學航太教授 Martin C. Jischke 與愛荷華州立大學飛機結冰物理和除冰科技實驗室 Hui Hu 的實地研究，發現在濕冷環境條件下，風機葉片尖端會累積 30 公分厚的冰，不僅破壞風機葉片設計之初的空氣動力學造型，還會影響風機的平衡。
實地觀察是種眼見為憑的研究方法，但過程也頗為複雜，一來沒有研究權限，二來廠商也不想讓人研究並公布風機的發電表現，因此團隊透過美國國家科學基金會（NSF）計畫案與中國華北電力大學合作，最後在中國東部山區 50MW 風場展開研究。
這座不具名的風場坐落在山脊上，由 34 支容量約 1.5MW 風機組成，團隊認為，使用的風機與美國國營的風電場差不多。且由於該風場靠近東海，水氣偏多，結冰條件與靠近墨西哥灣的德州相似，若冷鋒帶來的冷氣團遇上墨西哥灣的水氣，德州就會開始降雪，相較之下愛荷華州的冬季偏向乾冷。
緯度高、位於山頂又近海，愛荷華州立大學團隊的研究環境相當濕冷，他們透過用無人機捕捉 50 公尺長的風機在冰雨、凍毛雨、溼雪、霧淞等環境條件 30 小時的變化。
無人機照片顯示，整片風機葉片全都結冰，葉片外側更有層層堆疊的冰，尤其是葉片尖端，厚度接近 30 公分，最後團隊再透過風機內建的控制與資料收集系統，比對有無結冰的環境。團隊指出，縱使外頭吹著狂風，但葉片上厚厚的結冰會降低風機轉速，甚至頻頻發生停機的狀況，導致 80% 發電損失。
雖然每座風場的條件不一樣，這項結果或許不能複製到其他風場，但仍可以表是結冰對風機的影響，未來還需要研究更有效的除冰方法，好讓風機葉片可以一直轉阿轉。
（首圖來源：愛荷華州立大學）
