Beter schade aan windturbinebladen voorspellen door unieke weermetingen op zee

Verrassende onderzoeksresultaten

Een jaar lang hebben TNO’s senior consultant Wind Energy Harald van der Mijle Meijer en Wind Energy researcher Marco Caboni gedetailleerde neerslagmetingen gedaan op de Noordzee. Toen ze de data analyseerden zagen ze iets interessants: de meeste schade wordt maar op heel selecte momenten veroorzaakt. Sterker nog: 30% van de jaarlijkse erosieschade aan de bladen van windturbines uit de kust, ontstaat in maar 12 uur van het jaar. Het gaat dan om specifieke momenten waarop harde wind en intense regenval samenkomen.

De schade waar we het dan over hebben is erosie aan de voorzijde van de rotorbladen, ofwel ‘LEE’ (Leading Edge Erosion). "We wisten al dat hevige regen veel effect heeft op de draaiende turbinebladen, maar dat in zo’n korte tijd 30% van de erosieschade werd veroorzaakt, was wel een nieuw inzicht,” vertelt Harald.

Als de tip van het windturbineblad de maximale snelheid van 325 km/u (90 m/s) bereikt, de windsnelheid boven de 63 km/uur (​​10 m/sec) komt én er valt meer dan 7,5 millimeter regen per uur, ontstaat er schade aan de snel draaiende bladen. Uit de analyse bleek ook dat de schade op zee twee keer sneller ontstaat dan op land. Met deze kennis kunnen windparkexploitanten nu op de juiste momenten preventief de snelheid van de turbines verlagen om ernstige schade te voorkomen.

Regionale verschillen in de Noordzee

Een andere opvallende ontdekking, dankzij de Whiffle simulaties, is dat er aanzienlijke verschillen zijn binnen het Noordzeegebied. In het noordoostelijke deel gaan de beschermende coatings op de bladen ongeveer 20% minder lang mee dan in het zuidwestelijke deel. "Dit komt doordat er in het noordoosten niet alleen meer wind is, maar ook meer regen valt,” legt Marco uit. "Die combinatie zorgt voor versnelde erosie." En juist voor dit deel van de Noordzee zijn vanaf 2030 een aantal nieuwe windparken gepland.

Samenwerking met ervaringsdeskundigen

De onderzoekers werkten in het PROWESS-onderzoek (PRecipitation atlas for Offshore Wind blade Erosion Support System) onder andere samen met windparkexploitanten, zoals Eneco, Shell en Equinor. Door hun ervaringen met onderhoud van windturbines mee te nemen in het onderzoek kon er zeer gericht data verzameld worden.

Andersom zijn de nieuwe inzichten goud waard voor de windparkexploitanten. "Onverwacht onderhoud kan een windturbine wekenlang stilleggen,” vertelt Harald. "Vooral in de winter moeten technici vaak lang wachten op geschikte weersomstandigheden om reparaties uit te kunnen voeren."

Gerichter preventief onderhoud

Meestal plannen exploitanten hun onderhoud in de zomer wanneer er minder wind is. Het productieverlies door het stilzetten van de windturbines is dan minimaal en de omstandigheden voor monteurs zijn beter.

Maar nu kunnen er nog meer onderhoudskosten bespaard worden. Enerzijds omdat door de nieuwe weerdata preventief onderhoud beter ingepland kan worden. Anderzijds kunnen exploitanten nu beter inschatten wanneer de snelheid van de windturbines preventief omlaag moet, om extreme schade zo veel mogelijk te voorkomen.

Innovatieve meetmethoden

Wat zorgt precies voor deze nieuwe inzichten? Om een beter, gedetailleerder beeld van wind en regen te krijgen, ontwikkelden we een nieuwe meetmethode. "Tot nu toe ontbraken gedetailleerde regenmetingen op zee, zelfs in de data van het KNMI," zegt Marco. "Wij wilden bijvoorbeeld ook de grootte van de regendruppels weten, omdat dit bepalend is voor de erosieschade aan de rotorbladen."

Dus werden er nieuwe sensoren, zogenaamde disdrometers, op verschillende locaties in de Noordzee geplaatst. Deze metingen werden gebruikt om de potentiële erosie op die specifieke locaties te analyseren. Bestaande actuele en historische radardata gevalideerd werden gevalideerd. Waaronder die vanSkyEcho, een van de technische partners in het project.

Lessen voor de toekomst

Het project leverde ook meteen lessen op voor de toekomst. "De beschikbare sensoren waren eigenlijk niet goed bestand tegen de agressieve condities op zee," vertelt Marco. "We hadden te maken met ernstige corrosieproblemen." Bij vervolgprojecten willen de onderzoekers dan ook samen met de fabrikant van de disdrometers werken aan sensoren die beter geschikt zijn voor de condities op zee.

Wereldwijde interesse

De onderzoekers hopen op een internationaal vervolg op het onderzoek. "Er wordt op verschillende plekken in de wereld interesse getoond", vertelt Harald. Omdat er ook interesse is in gebieden met nog extremere weersomstandigheden dan de Noordzee, kan onderzoek hier nieuwe data opleveren. Harald: “UV-straling bijvoorbeeld heeft ook effect op de beschermende coatings. Het is interessant om te zien wat die omstandigheden doen met de turbinebladen."

"Vooral de impact van dit project, wanneer we onze bevindingen delen, heeft me positief verrast," zegt Harald: "Op conferenties is er veel interesse voor onze aanpak." Hij ziet ook kansen voor de toekomst: " We kunnen de informatie uit de regenatlas gaan vertalen naar een instrument voor erosiebeoordeling dat gebruikt kan worden door windparkbeheerders."