Schäden an Rotorblättern und deren Ursache

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6 Schallimmissionsprognose Erstellung von Gutachten zur Schallimmissionsprognose Unterstützung bei der Nachweiserbringung hinsichtlich der Einhaltung gesetzlicher Auflagen Berechnung der Schallausbreitung mittels IMMI (von uns entwickeltes, führendes Programm zur Lärm- und Schadstoffberechnung) Wölfel Alle Rechte vorbehalten. Windanlagen und Technik / Rotorblattschäden und deren Ursache / VERTRAULICH Sc,

7 RoBin Komplett-System zur Schallemissionsmessung an WEA Echtzeitdarstellung Erfassen der Meteorologie-Daten Erfassen der Anlagenparameter Geräuschaufzeichnung Wölfel Alle Rechte vorbehalten. Windanlagen und Technik / Rotorblattschäden und deren Ursache / VERTRAULICH Sc,

10 ADD.Sound Gegen Tonalitäten mit veränderlicher Frequenz Tonaler Schall wird über den gesamten Drehzahlbereich kompensiert. Vorteile: Breitbandige Wirkung und Kompensation mehrerer Tonalitäten Geringerer Bauraum (als bei passivem TMD.Sound) Nachrüstbar Wölfel Alle Rechte vorbehalten. Windanlagen und Technik / Rotorblattschäden und deren Ursache / VERTRAULICH Sc,

13 Welche Methoden zur Eiserkennung gibt es? Meteorologisch Keine direkte Eiserkennung am Rotorblatt möglich Nicht für den automatischen Wiederanlauf zugelassen Visuell Witterungsbedingt nicht voll einsetzbar Nicht für den automatischen Wiederanlauf zugelassen Leistungskurve Keine direkte Eiserkennung am Rotorblatt möglich Nicht für den automatischen Wiederanlauf zugelassen Rotorblatt - Monitoring Direkte Eiserkennung am Rotorblatt möglich Zertifiziert für ein automatisches Wiederanlaufen Wölfel Alle Rechte vorbehalten. Windanlagen und Technik / Rotorblattschäden und deren Ursache / VERTRAULICH Sc,

14 Zertifizierung SHM.Blade und IDD.Blade GL Type Zertifikat 1. SHM.Blade: Schadenserkennung 2. IDD.Blade: Eiserkennung TÜV NORD Gutachten 1. Typenbezogener Nachweis der zuverlässigen Abschaltung der Anlage 2. Abstimmung eines Begutachtungsablaufs mit der Behörde 3. Bestimmung der kritischen Eisdicke Ekrit = 40 Joule 4. Prüfung des IDD-Blade im Rahmen eines Black-Box-Verfahrens im Mehrkörpersimulationsmodell Wölfel Alle Rechte vorbehalten. Windanlagen und Technik / Rotorblattschäden und deren Ursache / VERTRAULICH Sc,

16 Übersicht Rotorblatt-Aufbau und Funktion Fehlermechanismus Auffälligkeiten und Schäden Kostenentwicklung und Lösungsansatz Wölfel Alle Rechte vorbehalten. Windanlagen und Technik / Rotorblattschäden und deren Ursache / VERTRAULICH Timo Klaas, Jürgen Schamo,

17 Qualifikationen Anerkannter Bauwerksprüfer für Rotorblätter im WP Meerwind Süd/Ost durch Germanischer Lloyd Öffentlich bestellt und vereidigter Sachverständiger für Rotorblätter für Windenergieanlagen durch die Handelskammer Hamburg Wölfel Alle Rechte vorbehalten. Windanlagen und Technik / Rotorblattschäden und deren Ursache / VERTRAULICH Timo Klaas, Jürgen Schamo,

18 Aufbau und Funktion Das Rotorblatt gehört zu den am stärksten beanspruchten Strukturen der Windenergieanlage und soll 24/7 mit einer Verfügbarkeit von über 95% Energie aus dem Wind ernten. Wölfel Alle Rechte vorbehalten. Windanlagen und Technik / Rotorblattschäden und deren Ursache / VERTRAULICH Timo Klaas, Jürgen Schamo,

19 Funktion 1. Aerodynamik - Umwandlung der Luftströmung in Drehmoment und somit in mechanische Leistung 2. Abtrag der Lasten - aus Aerodynamik - und Eigengewicht Wölfel Alle Rechte vorbehalten. Windanlagen und Technik / Rotorblattschäden und deren Ursache / VERTRAULICH Timo Klaas, Jürgen Schamo,

20 Querschnitt 2-Schalen Bauweise Gurte Druckseite DS Sandwichlaminat Stege Kleber Saugseite SS Wölfel Alle Rechte vorbehalten. Windanlagen und Technik / Rotorblattschäden und deren Ursache / VERTRAULICH Timo Klaas, Jürgen Schamo,

21 Funktion Funktion Lastabtrag Aerodynamik Schutz Bauteil Gurte X X Stege Verklebungen X X Schott X X Blattschalen (Sandwich) X Coating X X Wölfel Alle Rechte vorbehalten. Windanlagen und Technik / Rotorblattschäden und deren Ursache / VERTRAULICH Timo Klaas, Jürgen Schamo,

22 Haupt-Materialien Fasern: Glasfaser (GF) Kohlefaser (CF) Harz / Matrix: Epoxid Polyester Sandwichkernmaterial: Balsa-Stirnholz PET- oder PVC-Schaum Kleber: EP Vinylester Lack: PUR EP Wölfel Alle Rechte vorbehalten. Windanlagen und Technik / Rotorblattschäden und deren Ursache / VERTRAULICH Timo Klaas, Jürgen Schamo,

23 Der Prozess entscheidet Die Einzelkomponenten Faser und Harz allein erreichen nicht die mechanischen Eigenschaften des Laminates Diese entstehen erst durch den Fertigungsprozess Wölfel Alle Rechte vorbehalten. Windanlagen und Technik / Rotorblattschäden und deren Ursache / VERTRAULICH Timo Klaas, Jürgen Schamo,

24 Typischer Fertigungsablauf 2-Schalen Bauweise Fertigung der Blattschalen in separaten Formen durch Vakuum-Infusion Quelle: Nordex Wölfel Alle Rechte vorbehalten. Windanlagen und Technik / Rotorblattschäden und deren Ursache / VERTRAULICH Timo Klaas, Jürgen Schamo,

25 Typischer Fertigungsablauf 2-Schalen Bauweise Positionieren und Verkleben der Schubstege Aufbringen von Kleber auf die Klebelaschen von VK, HK und Schubsteg Quelle: Sinoi Wölfel Alle Rechte vorbehalten. Windanlagen und Technik / Rotorblattschäden und deren Ursache / VERTRAULICH Timo Klaas, Jürgen Schamo,

26 Typischer Fertigungsablauf 2-Schalen Bauweise Einklappen und Verkleben der 2. Schale Entformen Beschneiden der Kanten Reparatur von Fehlern Lackierung und Montage der (aerodynamischen) Anbauteile etc. Wölfel Alle Rechte vorbehalten. Windanlagen und Technik / Rotorblattschäden und deren Ursache / VERTRAULICH Timo Klaas, Jürgen Schamo,

27 Vestas/Gamesa Blatt-Design Tragende Struktur aus einem GFK/CFK-Holm Aerodynamische Blattschalen am Holm verklebt Quelle: Vestas Wölfel Alle Rechte vorbehalten. Windanlagen und Technik / Rotorblattschäden und deren Ursache / VERTRAULICH Timo Klaas, Jürgen Schamo,

28 Wellen im Laminat Definition: Fehlausrichtung der Glasfaser (UD-Laminat) Lasten werden nicht mehr über die Faser, sondern vermehrt über die Matrix übertragen Die Überlastung der Matrix führt zu interlaminaren Delaminationen und Rissen F F Wölfel Alle Rechte vorbehalten. Windanlagen und Technik / Rotorblattschäden und deren Ursache / VERTRAULICH Timo Klaas, Jürgen Schamo,

29 Wellen im Laminat Entwicklung der Welle zur Delamination am Beispiel eines Stegfußlaminates Wölfel Alle Rechte vorbehalten. Windanlagen und Technik / Rotorblattschäden und deren Ursache / VERTRAULICH Timo Klaas, Jürgen Schamo,

30 Laminat Formbelegung/Infusion Wellen (Ondulation) in der Blattwurzel Wellen (Ondulation) in der Blattwurzel Wölfel Alle Rechte vorbehalten. Windanlagen und Technik / Rotorblattschäden und deren Ursache / VERTRAULICH Timo Klaas, Jürgen Schamo,

31 Schäden bei Transport / Handling Schäden beim Transport: Abschabungen, Kratzer, Deformationen Wölfel Alle Rechte vorbehalten. Windanlagen und Technik / Rotorblattschäden und deren Ursache / VERTRAULICH Timo Klaas, Jürgen Schamo,

33 Schäden im Betrieb - Risse Risse in der Verklebung Längs- und Querrichtung Wölfel Alle Rechte vorbehalten. Windanlagen und Technik / Rotorblattschäden und deren Ursache / VERTRAULICH Timo Klaas, Jürgen Schamo,

34 Schäden im Betrieb - Erosion Erosion durch ungenügende Oberflächenvorbehandlung? Wölfel Alle Rechte vorbehalten. Windanlagen und Technik / Rotorblattschäden und deren Ursache / VERTRAULICH Timo Klaas, Jürgen Schamo,

35 Schäden durch Blitzeinschlag Laminatschaden Quelle: mb-bladeservice Wölfel Alle Rechte vorbehalten. Windanlagen und Technik / Rotorblattschäden und deren Ursache / VERTRAULICH Timo Klaas, Jürgen Schamo,

36 Schäden durch Montage/Handling/Betrieb Lose bzw. defekte Anbauteile Wölfel Alle Rechte vorbehalten. Windanlagen und Technik / Rotorblattschäden und deren Ursache / VERTRAULICH Timo Klaas, Jürgen Schamo,

39 Schäden im Betrieb - Reparaturen Reparaturlaminat nicht ausgehärtet und Reparaturstelle unzureichend vorbereitet Wölfel Alle Rechte vorbehalten. Windanlagen und Technik / Rotorblattschäden und deren Ursache / VERTRAULICH Timo Klaas, Jürgen Schamo,

40 Schäden im Betrieb Längsrisse am Hauptsteg Ablösung des Hauptsteg Wölfel Alle Rechte vorbehalten. Windanlagen und Technik / Rotorblattschäden und deren Ursache / VERTRAULICH Timo Klaas, Jürgen Schamo,

41 Wirkzusammenhänge Übermaß an Kleber in der Produktion löst sich Kleberreste lösen sich im Betrieb Kleine Kleberreste/Staub verschließen die Entwässerung Wasser sammelt sich in der Blattspitze Ursache Ergebnis Blitzeinschlag am Rezeptor in der Blattspitze Wasser verdampft innerhalb von Millisekunden Blattspitze explodiert Wölfel Alle Rechte vorbehalten. Windanlagen und Technik / Rotorblattschäden und deren Ursache / VERTRAULICH Timo Klaas, Jürgen Schamo,

42 Fazit 4 von 5 Schäden im Betrieb haben ihre Ursache in Fertigungsfehlern. Wölfel Alle Rechte vorbehalten. Windanlagen und Technik / Rotorblattschäden und deren Ursache / VERTRAULICH Timo Klaas, Jürgen Schamo,

43 Kostenentwicklung Die Beseitigung eines Fehlers verteuert sich nach jedem Entwicklungsschritt jeweils um das ca. 10-fache Konstruktion Herstellung Betrieb Wölfel Alle Rechte vorbehalten. Windanlagen und Technik / Rotorblattschäden und deren Ursache / VERTRAULICH Timo Klaas, Jürgen Schamo,

44 Lösungsansatz Je früher der Betreiber den Prozess der Rotorblattherstellung überwachen lässt, desto höher ist das Kosteneinsparungspotential Konstruktion Herstellung Betrieb Prozessüberwachung und Qualitätsabnahme der Rotorblätter Prozess und Reparatur Dokumentenprüfung und -vergleich Qualitätsabnahme der Rotorblätter beim Hersteller Wölfel Alle Rechte vorbehalten. Windanlagen und Technik / Rotorblattschäden und deren Ursache / VERTRAULICH Timo Klaas, Jürgen Schamo,

46 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Wölfel Engineering GmbH + Co. KG Max-Planck-Str Hoechberg Germany Tel.: Fax: wbi@woelfel.de Dipl.-Ing. Jürgen Schamo Plastics Engineer Tel.: schamo@woelfel.de Wölfel Alle Rechte vorbehalten. Windanlagen und Technik / Rotorblattschäden und deren Ursache / VERTRAULICH Timo Klaas, Jürgen Schamo,