Hevige storm gecombineerd met regenval, daar kunnen de bladen van windturbines niet goed tegen, blijkt uit onderzoek onder leiding van TNO. Dit komt maar een paar keer per jaar voor en dan is het een goed idee om de turbines tijdelijk minder hard te laten draaien.

 

Dat de voorkant van een windturbineblad het meeste te verduren heeft, was bekend. Dit deel klieft door de lucht en komt daarbij regelmatig ook regendruppels tegen. Die druppeltjes hebben op den duur een eroderend effect op het turbineblad. Dat is ook niet gek, met een blad dat aan het uiteinde een snelheid kan bereiken van honderden kilometers per uur.

Maar de erosie van de toplaag van windturbinebladen (experts spreken van leading edge erosion of druppelslagerosie) is bij lange na niet constant, zo blijkt uit onderzoek dat TNO uitvoerde met partners. Zo’n 30 procent van de jaarlijkse schade door erosie aan de bladen van windturbines op de Noordzee, ontstaat in maar twaalf uur. Dat zijn de momenten dat het niet alleen extreem hard waait, maar er ook veel regen valt. Dat schrijft TNO in een nieuwsbericht.

Gedetailleerde neerslagmetingen

Dit nieuwe inzicht is een van de resultaten van het project PROWESS (PRecipitation atlas for Offshore Wind blade Erosion Support System). Daarin deden onderzoekers van TNO gedetailleerde neerslagmetingen op de Noordzee. Het blijkt gemiddeld niet overal even veel te regenen. In het noordoosten van de Noordzee regent het vaker en meer. ‘En er is ook meer wind’, zegt windenergieonderzoeker Marco Caboni in het TNO-nieuwsbericht. ‘Die combinatie zorgt voor versnelde erosie.’

Zo ziet druppelslagerosie op een windturbineblad eruit. Deze foto laat het uiteinde van een turbineblad in Duitsland zien, waar de wieken verplicht voor een deel rood geverfd zijn. De kleine lichte vlekken zijn het gevolg van erosie die binnen de perken is gebleven; enkel de verf is weggesleten. De grotere witte vlekken - de grootste middenin het beeld is ongeveer 1 centimeter groot - zijn stukjes coating die eraf gesprongen zijn. Hier wordt het opletten, zegt Harald van der Mijle Meijer van TNO. Foto: TNO

Slijtage turbineblad door vermoeiing

Hoe kunnen kleine, onschuldige regendruppels eigenlijk een stevige toplaag kapotmaken? Daar is veel over bekend, vertelt Harald van der Mijle Meijer, senior consultant wind energy bij TNO aan de telefoon. ‘Het werkt niet als zandstralen, wat sommige mensen denken. Slijtage aan de coating op een turbineblad is een vermoeiingsproces. Door steeds weer wisselende krachten op de toplaag ontstaan na verloop van tijd scheurtjes.’ En dikkere druppels oefenen een grotere kracht uit. ‘Ja, die hebben een grotere kinetische energie. Maar de andere factor is hoe vaak de toplaag wordt geraakt door regendruppels. Dus ook miezerregen zal uiteindelijk erosie kunnen veroorzaken; het duurt alleen langer.’

Beschermende laag

Het stilzetten van een windturbine omdat de schade te groot is geworden is een erg dure ingreep voor de operator van een windpark. Daarom proberen de bouwers van windturbines het probleem van erosie aan te pakken. De oplossing ligt in een beschermende laag, vertelt Van der Mijle Meijer. En daar zit nog behoorlijk wat ontwikkeling in. ‘De eerste optie is om een kunststof coating aan te brengen die veel energie kan absorberen. Een andere mogelijkheid is om de coating van metaal te maken, maar dat is ongewenst vanwege het risico op blikseminslag. De nieuwste aanpak is om een soort hoes aan te brengen rond de voorzijde van het blad, een soft shell van kunststof die de impact van regendruppels opvangt.’

Dikke druppels zijn het schadelijkst

Het onderzoek laat zien dat juist de omvang van de regendruppels het optreden en de snelheid van erosie beïnvloedt. ‘Regenbuien met dikke druppels komen zelden voor, maar ze zijn wel het schadelijkst voor de turbines’, zegt de TNO-onderzoeker. Als de operators van windturbines kunnen weten wanneer er gevaarlijke weersomstandigheden aankomen, zouden ze de wieken tijdelijk op lagere snelheid kunnen laten draaien. De turbine produceert dan nog wel stroom – minder – maar loopt minder risico op permanente schade.

Windpark in regenachtige weersomstandigheden. Foto: Depositphotos

Wind, zout en zonneschijn

Uit het onderzoek komen verder inzichten naar voren waar de hele windenergiesector wat aan heeft. Turbines op zee hebben meer te lijden dan dezelfde machines op land, door de andere weersomstandigheden, zout in de lucht en zonneschijn. Van der Mijle Meijer: ‘Niet alleen de coatings op de bladen; alle materialen hebben het zwaarder te verduren op zee. Dat hebben we zelf ook geleerd toen een paar van onze regensensoren begonnen te haperen. Sommige stekkertjes bleken geroest en dat gaf problemen. Lastig, want die bevinden zich op zee, waar je ze niet zomaar even kunt vervangen.’

Gefilmd door drones

In een Europees vervolgproject gaat TNO onderzoeken wat de invloed is van schade aan de topcoating op de prestaties van een turbineblad. Bij beperkte schade kan een turbine gewoon blijven draaien, maar de uitbater van een windpark wil dit ook niet te lang laten doorgaan, want als er te veel schade optreedt, wordt herstel een veel langduriger operatie. ‘In een extreem geval moeten de bladen er zelfs af om te worden hersteld en opnieuw te worden gecoat. Dat kost enorm veel geld. Om dat te voorkomen worden windturbines regelmatig geïnspecteerd door drones’, zegt Van der Mijle Meijer.


Openingsfoto: windturbines op een druilerige dag. Foto: Shutterstock