Rotorblattbeschichtung



Projekt DKL-WEA

Die Verfügbarkeit von Energie ist Grundvoraussetzung für Licht, Wärme und Bewegung. In der Steinzeit war es die Kraft des Feuers, später wurde der wachsende Bedarf durch fossile Energieträger wie Kohle und Erdöl gedeckt - und somit durch endliche Ressourcen. Erneuerbare Energiequellen wie Wind, Sonne oder Wasserkraft bieten hierzu alternative Lösungsansätze, insbesondere die Windenergie spielt eine tragende Rolle. Bereits fast 4 % des weltweiten Strombedarfs wurden im Jahr 2015 durch hochtechnologisierte Windenergieanlagen (WEA) gedeckt.

Noch überwiegt der Anteil der Onshore-  im Vergleich zu den Offshore-Windenergieanlagen. Da jedoch auf dem Land immer weniger geeignete Standorte zur Verfügung stehen, ist mittel- und langfristig eine starke Zunahme an WEA im Offshore-Bereich eindeutig abzusehen.

 

Abgesehen von der stärkeren und konstanteren Verfügbarkeit der Ressource Wind auf den Ozeanen, treten die an Land vorhandenen negativen Beeinträchtigungen wie beispielsweise Lärm und Schattenwurf bei Offshore-Anlagen in den Hintergrund und erlaubt die Planung sowie den Bau größerer WEA.

 

Neben den eindeutigen Vorteilen bringt Offshore aber auch Probleme mit sich:

Mit Größe der Rotordurchmesser wachsen die Anforderungen an die Belastbarkeit der verwendeten Werkstoffe. Versagen diese, entsteht Offshore verglichen mit Onshore ein deutlich höherer Aufwand für Reparaturen bedingt unter anderem durch die erschwerte Zugänglichkeit. Hierdurch betragen die Kosten von durch Offshore-Anlagen produzierter Energie im Vergleich zur Energiegewinnung an Land mehr als das Zweifache. Weiterhin erschweren bei Offshore-Anlagen gegenüber Standorten an Land viele mögliche Störgrößen die Planung und Durchführung von Instandsetzungsarbeiten, neben Wellengang und Windstärke ist auch zusätzlich benötigtes Gerät (Spezialschiff mit Kran) als Faktor zu berücksichtigen. Bereits geringfügige Reparaturarbeiten bedeuten einen enormen Logistik- und Kostenaufwand.

 

Ziel des Projekts DKL-WEA war demnach die Entwicklung einer beständigen und langzeitstabilen Beschichtung, um die Lebensdauer der Rotorblätter zu erhöhen. Hierdurch verlängerte Wartungsintervalle auf der einen und eine Verminderung von Reparaturen auf der anderen Seite bedeutet einen effektiven Beitrag zur Senkung der Kosten.

Bei den heute gängigen Rotorblättern von über 70 m Länge sind Geschwindigkeiten von bis zu 350 km/h an den Blattspitzen eine gängige Größe. Der Einfluss von Erosion durch Regen, Salz, Sand oder Hagel ist bei derartigen Geschwindigkeiten verheerend, besonders betroffen sind dabei die Rotorblattkanten. Um hier Abhilfe zu schaffen, wurde im Rahmen des Forschungsvorhaben DKL-WEA eine Rotorblattbeschichtung von drei Partnern aus der Industrie in Zusammenarbeit mit der Technischen Fakultät der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel entwickelt. 

 

Der Phi-Stone AG gelang es gemeinsam mit ihren Projektpartnern für Windkraftanlagen ein Beschichtungsmaterial mit besonders hohen Belastbarkeitskriterien zu entwickeln. Das CSPC-Polymerkomposit ist ein lösemittelfreies Rotorblatt-Beschichtungssystem, welches den Anforderungen an Onshore- aber vor allem die extremen Anforderungen bei Offshore-Windenergieanlagen standhält.

 

Das Zusammenspiel von speziell strukturierten Mikropartikeln (CSP - Core Spike Particles) und Additiven mit einer äußerst stabilen und UV-resistenten full-solid Polymermatrix führt zu einem Endprodukt, welches die Lebensdauer herkömmlicher Rotorblattbeschichtungen um ein Vielfaches übersteigt.

 

Um die Qualität und Lebensdauer dieser Beschichtung richtig einschätzen zu können, wurden in Zusammenarbeit mit der Firma IRATEC GmbH eine Prüfmethode entwickelt, welche die auf offener See herrschenden Bedingungen im Labor betriebsnah simuliert. Neben herkömmlichen Erosions- und Abrasionsprüfungen kann mit dieser Methode ein Tropfenschlag bzw. der Aufprall von Wassertropfen mit Geschwindigkeiten von über 800 km/h auf ein Rotorblatt oder eine Rotorblattkante dargestellt werden.