Leichtere Rotorblätter von Windkraftanlagen für günstigere Energie
Es gibt eine hohe Nachfrage nach 60 bis 100 Metern großen Rotorblättern von Windkraftanlagen. Diese erzeugen mehr Energie und sind somit wirtschaftlich sinnvoller, insbesondere bei Offshore-Anwendungen, die ein hohes Windenergiewachstum verzeichnen. Angesichts dieses Anstiegs in der Verwendung größerer Anlagen, werden kleinere Rotorblätter von Windkraftanlagen ausgemustert – größere Anlagen sind effizienter und können die Kosten für die Energieerzeugung senken. „Eine Verdopplung der Rotorblätterlänge vervierfacht die Energiegewinnung“, sagt PowderBlade-Projektkoordinator Tomas Flanagan. „Dies schafft eine immense Herausforderung für Arbeitskräfte in der Materialentwicklung, da die Verlängerung eines Rotorblatts seine Masse erheblich erhöht: Eine Verdopplung der Rotorblattlänge verachtfacht ungefähr das Gewicht.“ Folglich ist die Gewichtsreduktion zu einer Hauptpriorität bei der Konstruktion von Rotorblättern geworden. Die strukturelle Auslegung eines Rotorblatts ist eng mit der Fertigungsmethode verbunden. Beide müssen berücksichtigt werden, wenn kosteneffektive und zuverlässige Rotorblätter produziert werden sollen. Das EU-finanzierte Projekt PowderBlade machte sich daran, die Kosten und das Gewicht großer Rotorblätter von Windkraftanlagen zu reduzieren und die Kosten für die Energieerzeugung zu senken. Über das Projekt wurde die C-PET-Technologie (Composite Powder Epoxy Technology) als neuartige Lösung genutzt, um industrielle Herausforderungen für die Herstellung leichterer, größerer und effizienterer Rotorblätter anzugehen.
Geringere Kosten für ein stärkeres Rotorblatt
PowderBlade wollte die C-PET-Technologie zur Maximierung der Festigkeit von Rotorblättern einsetzen und so die Kosten für deren Produktion um 20 % senken. Das Team prüfte C-PET-basierte Verbundlaminate, und die Ergebnisse zeigten, dass die Epoxidpulvermaterialien viele Vorteile zu bieten haben, darunter eine bessere mechanische Leistung im Vergleich zu konkurrierenden Fertigungsverfahren. Über die Projektforschung wurde auch die Konstruktion für ein 60 Meter großes Hybridrotorblatt aus Kohlenstoff und Glas entwickelt, das dank der besseren mechanischen Eigenschaften von C-PET leichter ist.
Rasante Produktion großer Rotorblätter
Das PowderBlade-Team beschäftigte sich damit, den Zeitaufwand, der für die Produktion eines 100 Meter großen Rotorblatts erforderlich ist, mithilfe von Epoxidpulvermaterialien und einer hybriden Konstruktion aus Kohlenstoff und Glas auf weniger als 24 Stunden zu reduzieren. Es wurden Demonstratorteile unter Verwendung der C-PET-Technologie hergestellt, die eine Zykluszeit von sechs Stunden für die Erhitzung, Härtung und Abkühlung von dickem Laminat mithilfe des Pulverepoxidmaterials haben. Es konnte gezeigt werden, dass ein großes Rotorblatt in acht Stunden produziert werden kann, was eine große Verbesserung gegenüber dem Industriestandard von 24 Stunden ist.
Ein handelsübliches Produkt herstellen
Zur Kommerzialisierung des Fertigungsverfahrens und der Produkte entwickelte das PowderBlade-Team das RivGen-Energiesystem, eine schraubenförmige marine Windkraftanlage mit Rotorblättern aus Kohlenstofffasern und Glasfaserverstrebungen. „Das RivGen-Energiesystem ist ein großer Schritt in Richtung einer nachhaltigen Zukunft“, erklärt Flanagan. Das System wurde im Kvichak River bei Igiugig, Alaska, installiert, um diese abgelegene Gemeinde mit Strom zu versorgen. „Das kurzfristige Ziel ist die Kommerzialisierung der innovativen Materialtechnologie bei einem 60 Meter Rotorblatt, während die Markt- und kommerzielle Validierung der Technologie dann zur Nutzung der Technologie bei großen Rotorblättern mit einer Länge von bis zu 100 Metern führt“, sagt Flanagan. „Die Zukunftspläne sind die Erforschung und Entwicklung der Technologie für Anwendungen in anderen Sektoren, darunter Schiffe, Fahrzeuge, Druckbehälter, Verbundbrücken und sogar Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt.“
Schlüsselbegriffe
PowderBlade, Verbundmaterial, Rotorblätter von Windkraftanlagen, Windenergie, Composite Powder Epoxy Technology
