Drones beschermen windturbines tegen ijs

Vochtige, koude omstandigheden zijn de vijand van windenergie. Als er zich een laag ijs op de rotorbladen vormt, kan dit leiden tot onbalans in de rotatie en dus tot verhoogde slijtage. In dergelijke gevallen moeten de turbines vaak enkele dagen worden stilgelegd, wat leidt tot enorme verliezen voor de exploitanten. Nu is een Fraunhofer-team er voor het eerst in geslaagd om drones te gebruiken om rotorbladen tegen ijs te beschermen. Het project kreeg de naam: “TURBO – Tijdelijke coating met behulp van drones”.

Tot nu toe moesten exploitanten die hun windturbines tegen ijs wilden beschermen diep in de buidel tasten. Verwarmingsmatten die in de bladen kunnen worden geïntegreerd zijn extreem duur. Ook aan systemen om warme lucht in de rotoren te pompen hangt een hoog prijskaartje. En het gebruik van helikopters om ontdooimiddel op de turbines te sproeien is eveneens prijzig. “Drones die alleen worden gebruikt wanneer dat nodig is, bieden een kosteneffectief alternatief”, zegt Andreas Stake, projectmanager bij Fraunhofer IFAM.

Voorwaarden

Maar om drones te kunnen gebruiken om ijs te voorkomen, moet aan een aantal voorwaarden worden voldaan. De coatingmaterialen moeten niet alleen milieuvriendelijk zijn. Ze moeten ook een goede hechting hebben en voldoende duurzaam zijn. Het is belangrijk dat ze wekenlang op de rotors blijven zitten en ze beschermen tegen ijs. Het gebruikte spuitsysteem moet bovendien zeer nauwkeurig zijn, maar tegelijkertijd licht van gewicht. En tot slot moeten de drones een hoog laadvermogen hebben. En een zeer nauwkeurige besturing mogelijk maken.

TURBO

De Fraunhofer onderzoekers die aan het TURBO project werken zijn erin geslaagd een prototype te ontwikkelen dat aan al deze eisen voldoet. Het coatingmateriaal dat is ontworpen door de wetenschappers van Fraunhofer IFAM in Bremen is gemaakt van ureum en was. Het is milieuvriendelijk en heeft een goede hechting. Dit materiaal kan snel en eenvoudig worden aangebracht met een spraytechniek en droogt ook snel. De coating werd getest in een ijskamer in het instituut. Dit doen de onderzoekers om te bevestigen dat het betrouwbaar beschermt tegen vorstvorming.

Coating aanbrengen

Het team van Fraunhofer IPA bouwde de apparatuur om de coating aan te brengen. Het bestaat uit een kleine pomp die het vloeibare ureum/wasmengsel onder hoge druk in een lange, dunne lans perst. Aan het uiteinde zit een spuitmond met een diameter van slechts 0,3 millimeter. Dit luchtloze pompsysteem is in staat om druppels te produceren met een diameter van 100 micrometer. Zelfs bij windsnelheden van 35 kilometer per uur kunnen deze druppeltjes nog precies op de randen van de rotorbladen worden gespoten. Daar zullen ze vervolgens stollen. De randen zijn vooral belangrijk omdat hier het ijsvormingproces begint wanneer natte, koude lucht de turbine raakt.

Succes verzekerd met simulaties

Dr. Oliver Tiedje, projectmanager bij Fraunhofer IPA, en zijn team bepaalden de technische parameters met behulp van vloeistofdynamische simulaties. Denk daarbij aan de vereiste druk, een efficiënte verstuivingsmethode en de optimale druppelgrootte. “Onze decennialange ervaring in het modelleren van coatingprocessen heeft ons echt geholpen. We konden putten uit deze expertise,” zegt de fysicus. “We moesten echter wel de procesparameters aanpassen aan de complexe geometrie van de windturbines.”

Samenwerken met industrie

De onderzoekers willen nu samenwerken met partners uit de industrie. Dit willen ze doen om de techniek verder te ontwikkelen en klaar te maken voor serieproductie. Er zijn talloze toepassingen waarbij drones van nut kunnen zijn om coatings aan te brengen. Denk daarbij niet alleen aan ijsbescherming voor windturbines. De inzet kan ook handig zijn bij bovenleidingen in het spoorvervoer of tijdens het opknappen van gebouwen. Bijvoorbeeld het repareren van defecten in pleisterwerk op delen van gebouwen die moeilijk bereikbaar zijn.

Steun

Het project “TURBO: Tijdelijk coaten met behulp van drones” werd gesteund door 19 bedrijven. Dit zijn fabrikanten van coatings en grondstoffen, fabrikanten van coatingapparatuur en drones, en exploitanten van windturbines. Het project werd ingediend bij de Duitse federatie van industriële onderzoeksverenigingen (AiF). Het wordt gefinancierd door het federale ministerie voor Economische Zaken en Klimaatactie.

Bron: Fraunhofer
Openingsfoto: Simulatie van coating door middel van drone onder invloed van wind (foto: Fraunhofer IPA)

Lees ook: Effectiviteit zwarte wiek testen met sensoren, camera’s en radar