PaSe2TestKonzept: Parallel Sequentiell Segmentiertes Testen zur beschleunigten Lebensdauerprüfung von Rotorblättern

Auf einen Blick

• Die Ausbauziele für die Offshore-Windenergie erfordern die Entwicklung von Windenergieanlagen der Klasse 20 MW+. Entwicklung und Zertifizierung nehmen indes viel Zeit in Anspruch: Allein die beschleunigte Lebensdauerprüfung für die bis zu 120 Meter langen Rotorblätter kann sich über drei Jahre hinziehen.
• Das Forschungsprojekt PaSe2TestKonzept verfolgt das Ziel, diese Zeit um bis zu zwölf Monate zu verkürzen. Möglich wird dies, indem das am Fraunhofer IWES entwickelte und bereits zum Patent angemeldete sequentiell-segmentierte Prüfverfahren für einen wirtschaftlichen Einsatz weiterentwickelt und umgesetzt wird.
• Das Fraunhofer IWES koordiniert das Projekt und ist maßgeblich für die Umsetzung verantwortlich.

Herausforderung

Die Ausbauziele der Bundesregierung für Offshore-Windenergie machen die zügige Entwicklung und Zertifizierung von Windenergieanlagen notwendig, deren Leistung 20 MW und mehr beträgt. Allerdings dauert allein die für die Zertifizierungstests erforderliche beschleunigte Lebensdauerprüfung der bis zu 120 Meter langen Rotorblätter mit derzeitigen Methoden teilweise mehrjährigen Testkampagnen. Zudem sorgt die mangelnde Verfügbarkeit der erforderlichen Infrastruktur für einen problematischen Engpass.

Im Fraunhofer IWES ist zur Lösung dieses Engpasses bereits ein zum Patent angemeldetes Verfahren entwickelt worden. Der segmentiert-sequentielle Prüfansatz basiert auf der Akkumulation von Schäden aus mehreren Testsequenzen. Ganzblatt-, Spitzen- und Wurzelsegmenttests werden geschickt miteinander kombiniert, um präzise die erforderliche Gesamtschädigung zu erzielen und Überlasten zu vermeiden. Umfangreiche numerische Vorstudien an Referenzblattmodellen zeigen die grundsätzliche Machbarkeit und ein hohes Potenzial, die Testzeiten insbesondere von sehr langen Offshore-Rotorblättern drastisch zu verkürzen. Für die konkrete Umsetzung in einer experimentellen Testkampagne sind indes noch weitere Entwicklungsschritte erforderlich, die eine Anwendbarkeit für beliebige Rotorblatttypen gewährleisten.

Lösung

Hier setzt das Verbundprojekt PaSe2TestKonzept an. Übergeordnetes Ziel der Partner ist, das sequentiell-segmentierte Prüfverfahren für einen wirtschaftlichen Einsatz zur Validierung zukünftiger Rotorblattgenerationen weiterzuentwickeln. Hierzu sind erweiterte Optimierungs- und Auslegungstools erforderlich, die in der Lage sind die die komplexen Problemstellungen in akzeptabler Zeit zu lösen. Zudem untersuchen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, wie die bestehende Infrastruktur am Fraunhofer IWES bestmöglich für dieses Verfahren genutzt oder optimiert werden kann oder ob gegebenenfalls zusätzliche Infrastruktur benötigt wird.

Das Fraunhofer IWES koordiniert das Projekt und ist maßgeblich für die Umsetzung verantwortlich.

Mehrwert  

Das neue Prüfverfahren wird durch die enorme Verkürzung von Validierungskampagnen und die damit verbundene Verkürzung von Entwicklungszeiten für Windenergieanlagen einen maßgeblichen Beitrag zur Beschleunigung des Offshorewindenergie-Ausbaus leisten. So können Stromgestehungskosten reduziert, der Anteil der Windenergie im zukünftigen Energiehaushalt gestärkt und die Versorgungssicherheit gewährleistet werden.