10 Mio. Euro für realistischere Rotorblattprüfungen

Momentan werden Rotorblatt-Prototypen durch separate Bewegung in Windrichtung und quer dazu geprüft, um in verkürzten Zeiträumen zu Aussagen über ihr Materialverhalten während der 20-jährigen Lebensdauer zu kommen – eine starke Vereinfachung der im Feld parallel auftretenden Belastungen. Im Rahmen des Forschungsprojektes „Zukunftskonzept Rotorblatt“ entwickeln Wissenschaftler am Fraunhofer IWES neue Methoden, die deutlich realistischere Daten liefern und eine beanspruchungsgerechte Auslegung ermöglichen. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie und das Land Bremen wollen zusammen 10 Mio. Euro in den Aufbau von Methodenkompetenz und eine neuartige Testinfrastruktur in Bremerhaven investieren.

Lieber auf Nummer sicher gehen: Da in der Praxis nur ein Rotorblatt die Ganzblattprüfung zur Zertifizierung durchläuft, werden Sicherheitsfaktoren gewählt, mit denen nicht unbedingt das Kostenoptimum erzielt, wohl aber die Betriebsbeanspruchungen sicher bewältigt werden können. Eine höhere Anzahl von Tests, die mit finanzierbarem Aufwand umzusetzen sind, ermöglichen eine Reduktion der Sicherheitszuschläge und somit eine wirtschaftlichere Auslegung der Rotorblätter.

Hier setzen die Rotorblattexperten des Fraunhofer IWES an: Die Aufteilung eines Blattes zur Prüfung in Segmenten - z.B. Wurzelsegment und Rotorblattspitze - hat zwei Vorteile: Tests bei höheren Frequenzen und mit einem genaueren Beanspruchungsprofil werden möglich. Noch genauer werden die Tests, wenn einzelne kritische hochbelastete Sektionen mit z.B. großer Materialstärke oder starken Krümmungen, separat untersucht werden. Neben der höheren Aussagekraft der Ergebnisse reduzieren sich durch diese innovativen Ansätze auch die Prüfzeiten um ca.30 Prozent; dies bedeutet auch eine spürbare Kostenersparnis.

Betriebsbereite Testinfrastruktur Mitte 2018

Zum Abschluss der ersten Phase des insgesamt fünfjährigen Forschungsprojektes wird die Infrastruktur betriebsbereit und die Testmethoden entwickelt sein. „Ein sportlicher Zeitplan, aber wir können auf zehn Jahre Erfahrung mit mechanischen Prüfmethoden und einem fundierten Verständnis von Materialeigenschaften und –verhalten von Faserverbundmaterialien aufbauen; und der Innovationsdruck der Branche ist ein deutlicher Ansporn “, kommentiert Florian Sayer, Abteilungsleiter im Bereich Strukturkomponenten, die Zeitschiene.

Rotorblatt für Detailuntersuchungen

Während Komponenten- und Blattsegmentprüfungen heute bereits zunehmend im Anforderungskatalog der Industrie auftreten, ist die Prüfung kritischer Sektionen noch Zukunftsmusik. Dabei muss das Rotorblatt je nach Untersuchungsbedarf unterteilt werden, um die kritischen Bereiche genauer unter die Lupe zu nehmen. Die anschließende Durchführung der Beanspruchungstests setzt eine aufwendige Infrastruktur sowie profundes Wissen über die Wirkungsweise komplexer Lastfälle auf die Struktur voraus.

Hierfür wird ein sogenannter Hexapoden-Prüfstand mit einer Reynolds-Plattform zur parallelen Aufbringung von Torsionskräften und Biegemomenten in Bremerhaven errichtet - in direkter Nachbarschaft zu den etablierten Ganzblattprüfständen und Materiallaboren.

Hersteller von Rotorblättern profitieren von signifikant verkürzten Prüfungen und besonders realistischen Lastnachbildungen, die durch einen veränderten Aufbau der Infrastruktur auch geringere Energiekosten verursachen.

In der großen Perspektive der Windenergiebranche tragen diese Testmöglichkeiten zu einer Reduktion der Energieentstehungskosten bei: Wenn Entwickler auf abgesicherter Basis größere Gestaltungsfreiheit nutzen können, um ein auf Effizienz und Zuverlässigkeit optimiertes Blattdesign zu entwickeln, steigt die Wirtschaftlichkeit der Windenergienutzung und damit ihr Ausbaupotential.