Kleine Tropfen, große Wirkung: Regen kann auf Dauer die Oberflächen von Rotorblättern beschädigen, die Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit von Windenergieanlagen können sinken, vor allem auf See. Durch die Entwicklung innovativer Reparaturlösungen wollen Wissenschaftler:innen aus Mitgliedseinrichtungen der U Bremen Research Alliance die Lebensdauer der Rotorblätter verlängern.
Man kann sich den Prüfstand im Technikum des Fraunhofer-Instituts für Windenergiesysteme IWES in Bremerhaven wie eine große Duschkammer vorstellen. Nur kommt das Wasser statt aus einem Duschkopf aus mehr als 1.300 nadelförmigen Düsen. Am Boden des Prüfstands ist eine bewegliche Platte befestigt, die beim Rotieren an der äußeren Kante eine Geschwindigkeit von bis zu 550 Stundenkilometern erreichen kann. An ihm können spezielle Prüfkörper befestigt werden, die in den Versuchen für die Rotorblätter stehen. Auf sie treffen, wie in der Natur, die Wassertropfen. Die Intensität des Regens ist regulierbar. Seine Auswirkung ermittelt ein laserbasiertes Inspektionssystem, das automatisch die Oberfläche scannt und kleinste Veränderungen dokumentiert.
Der Regenerosionsprüfstand am IWES simuliert im Zeitraffer die Belastungen, denen die Oberflächen von Rotorblättern im Betrieb ausgesetzt sind. Und diese sind erheblich, insbesondere an den Rotorblattvorderkanten und an den Rotorblattspitzen. Durch die Rotordrehung bewegen sich die Rotorblattspitzen mit einer Geschwindigkeit von bis zu 350 Stundenkilometern. Mit großer Wucht prallen die Tropfen auf die Oberflächen und rauen diese auf, die Sonneneinstrahlung und die Salze auf See tun das Ihrige. Das Material ermüdet, Erosionsschäden können entstehen, die durch die Zunahme der Oberflächenrauheit zu einer Beeinträchtigung der Aerodynamik der Blätter führen und selbst bei minimalem Materialabtrag die Leistung der Anlage reduzieren können.
„Die Entwicklung von zuverlässigen, langzeitbeständigen und einfach anzubringenden Reparaturlösungen hat für die Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit der Offshore-Anlagen eine hohe Bedeutung“, sagt Sascha Buchbach, Gruppenleiter Lackprüfungen und Anwendungstechnik am Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM in Bremen, wie das Fraunhofer IWES eine Mitgliedseinrichtung der U Bremen Research Alliance. Neue Reparaturkonzepte und Produkte zum besseren Schutz der Blattvorderkanten zu entwickeln, ist das Ziel von MARiLEP, dem „Verbundprojekt für Material und Reparaturinnovationen für Offshore Leading-Edge-Protection Systeme“.
Am Fraunhofer IFAM wird in den zahlreichen Materiallaboren die Basis für die Nutzung von neuen Werkstoffen in der Windenergie geschaffen. Hier werden Werkstoffkennwerte ermittelt, das thermische Werkstoffverhalten analysiert und Alterungsmechanismen untersucht. Die gewonnenen Erkenntnisse fließen in die Schadensanalyse ein und sind insbesondere für die Entwicklung zukünftiger Materialien wertvoll.
Beide Institute, Fraunhofer IWES und Fraunhofer IFAM, kooperieren nicht nur bei MARiLEP. Während das IFAM darauf spezialisiert ist, neue Materialien zu entwickeln, besteht die Expertise des IWES in der Entwicklung und Validierung von Testverfahren.
Quelle: U Bremen Research Alliance e.V.
