ModulBlitz: Entwicklung eines Verfahrens zur Erzeugung künstlicher Blitzschäden sowie der Entwicklung von Verfahren und Methoden zur Detektion, Lokalisierung und Bewertung von Blitzschäden

Auf einen Blick

• Blitzschäden gehören zu den häufigsten Schadensbildern an Windenergieanlagen. Sie werden allerdings oft erst spät entdeckt und können häufig erst beurteilt werden, wenn das Rotorblatt geöffnet wird. Den Betreibern entstehen so hohe Kosten.
• Im Projekt ModulBlitz erarbeiten die Projektpartner einen ganzheitlich automatisierten Prozess von der Detektion eines Blitzeinschlags in die Struktur bis zur Schadensbewertung und Auswirkungen auf die Restlebensdauer eines Rotorblattes.
• Das Fraunhofer IWES ist für das Verfahren zur Erzeugung künstlicher, realitätsnaher Blitzschäden an Rotorblättern sowie die Integration des weiterentwickelten Detektionsverfahrens in bestehende Messtechnik verantwortlich.

Herausforderung

Blitzschäden an Rotorblättern sind der zweithäufigste Schadensfall an Windenergieanlagen. Zwar sind die Rotorblätter mit Blitzableitern ausgerüstet, doch nicht immer sind die Systeme in der Lage, die Energie optimal abzuleiten. Werden die Schäden nicht schnell erkannt, drohen hohe Ertragsverluste durch kostenintensive Folgeschäden oder einen Totalausfall des Rotorblattes. Doch selbst wenn die Rotorblätter regelmäßig kontrolliert werden, ist das Ausmaß eines Schadens oft erst nach mechanischer Bearbeitung wie der Entfernung der Beschichtung zur Offenlegung der inneren Struktur zu erkennen. Oberflächlich kleine Schädigungen können die inneren kritischen Bereiche eines Rotorblattes geschädigt und die Restlebensdauer dadurch entscheidend verkürzt haben.

Lösung

Das Forschungsprojekt ModulBlitz setzt hier an. Im Fokus stehen die Detektion, Lokalisierung und Bewertung von Blitzschäden an Rotorblättern sowie deren Auswirkung auf die Struktur und das daraus resultierende Ermüdungsverhalten. Übergeordnetes Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines ganzheitlich automatisierten Prozesses von der Detektion eines Blitzeinschlags in die Struktur bis zur Schadensbewertung im Kontext der Restlebensdauer. Dieser Prozess soll in bestehende Structural Health Monitoring (SHM)-Systeme integriert werden.

Dazu werden die Forschenden zunächst ein Verfahren entwickeln, um Blitzschäden an einem Demonstrator gezielt hervorrufen zu können. Anhand von drei 15 Meter langen Blattspitzen, von denen zwei im Hochstromtest beschädigt werden, wird das im Vorläuferprojekt MultiMonitorRB entwickelte Testverfahren für den Prüfaufbau und die Teststrategie angepasst.

Um eine Aussage über den Zeitpunkt und Ort des Blitzschadens zu ermöglichen, werden darüber hinaus Strukturüberwachungs- und Prüfungsmethoden der geschädigten Rotorblattspitzen weiterentwickelt. Materialcharakterisierungsprüfungen und neue Modelle sollen dazu beitragen, das Schadensausmaß und die Auswirkungen auf die Restlebensdauer der untersuchten Struktur näher zu qualifizieren.  Darüber hinaus werden SHM-Systeme im Windpark installiert.

Das Fraunhofer IWES ist dabei unter anderen für das Verfahren zur Erzeugung künstlicher, realitätsnaher Blitzschäden an den Blättern sowie die Fertigung der Rotorblattspitzen verantwortlich. Zudem wird das Fraunhofer IWES ein Konzept entwickeln, um die weiterentwickelten Mess- und Überwachungsverfahren in vorhandene Messtechnik zu integrieren.

Mehrwert  

Die in ModulBlitz erworbenen Erkenntnisse tragen dazu bei, mögliche Schäden durch Blitzeinschläge in Rotorblätter automatisiert und somit deutlich schneller zu erkennen. Die Weiterentwicklung von Detektionsverfahren ermöglicht es, das tatsächliche Ausmaß einer Schädigung ohne Öffnung des Rotorblatts zu bewerten. So werden Ausfallzeiten vermieden und eine Grundlage für eine frühzeitige, kostengünstige und effiziente Reparatur geschaffen. Angesichts der enormen Kosten, die Blitzeinschläge in Rotorblätter verursachen, bedeutet dies für Betreiber eine erhebliche finanzielle Entlastung. ModulBlitz steigert somit die Verfügbarkeit und der Wirtschaftlichkeit von Windenergieanlagen und unterstützt eine klimaneutrale Stromproduktion.