{"id":62908,"date":"2019-05-08T06:41:50","date_gmt":"2019-05-08T04:41:50","guid":{"rendered":"https:\/\/rss.nova-institut.net\/public.php?url=http%3A%2F%2Fwww.innovations-report.de%2Fhtml%2Fberichte%2Fmaterialwissenschaften%2Fpraxistest-bestanden-haifischhautlack-steigert-den-stromertrag-von-windenergieanlagen.html"},"modified":"2019-05-06T16:23:56","modified_gmt":"2019-05-06T14:23:56","slug":"praxistest-bestanden-haifischhautlack-steigert-den-stromertrag-von-windenergieanlagen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/praxistest-bestanden-haifischhautlack-steigert-den-stromertrag-von-windenergieanlagen\/","title":{"rendered":"Praxistest bestanden: Haifischhautlack steigert den Stromertrag von Windenergieanlagen"},"content":{"rendered":"

Einen wichtigen Beitrag zur Energiewende leistet Windstrom. Innerhalb des EU-Projekts \u00bbRiblet4Wind\u00ab stellte sich ein Team aus sieben Projektpartnern der Herausforderung, die Aerodynamik von Windkraftfl\u00fcgeln effizienter zu gestalten. Ein Ansatz dabei war den Luftwiderstand zu verringern. Im\u00a0 Flugzeugbau wurde gezeigt, dass die am Fraunhofer IFAM entwickelte funktionelle Beschichtung mit mikroskopisch kleinen Rillen \u2013 Riblet-Lack genannt \u2013 den Luftwiderstand reduziert und Treibstoff einspart. Dieses Know-how haben sich die Wissenschaftler zunutze gemacht und die Technologie an Rotorbl\u00e4tter einer Windkraftanlage angepasst. Die Tests unter realen Bedingungen ergaben vielversprechende Ergebnisse.<\/strong><\/p>\n

\"\u00a9
\u00a9 Fraunhofer IFAM
Automatisierte Beschichtung des Riblets-Lacks auf Rotorbl\u00e4ttern.<\/figcaption><\/figure>\n

Scheinbar ohne gro\u00dfen Kraftaufwand gleiten Haie mit hoher Geschwindigkeit durch das Wasser. Mikroskopisch kleine Rillen auf ihrer Haut verhelfen ihnen zu dieser bemerkenswerten Geschwindigkeit. Daf\u00fcr verantwortlich ist die reibungsminimierende Eigenschaft dieser Mikrostruktur, die die\u00a0 hydrodynamischen Eigenschaften des Fischk\u00f6rpers optimiert. Die Wirkung beruht darauf, dass die turbulenten Wirbel, die quer zur Str\u00f6mungsrichtung laufen, vermindert werden. Die Turbulenzreduzierung an der Grenzschicht f\u00fchrt zur Verringerung des Reibwiderstands. In der Str\u00f6mungsmechanik macht man sich die Haifisch-L\u00e4ngsrillenstrukturen schon seit einigen Jahren in vielf\u00e4ltiger Weise zunutze.<\/p>\n

Funktionsbeschichtung reduziert Str\u00f6mungswiderstand im Wasser und in der Luft<\/h3>\n

Um das Prinzip der Haifischhaut auf technische Eins\u00e4tze zu \u00fcbertragen, wurden in den Anf\u00e4ngen vorwiegend geriefte Klebefolien f\u00fcr Versuchszwecke\u00a0 eingesetzt. F\u00fcr Anwendungen, bei denen gekr\u00fcmmte Fl\u00e4chen beschichtet werden m\u00fcssen oder es auf eine hohe Dauerhaftigkeit unter harschen Umweltbedingungen ankommt, ist der Einsatz der Folie jedoch schwierig. Aus diesem Grund hat das Fraunhofer IFAM eine lacktechnische L\u00f6sung entwickelt, bei der in einem einzigen Arbeitsschritt ein Lackfl\u00fcssig aufgetragen, entsprechend fein gerillt strukturiert und anschlie\u00dfend geh\u00e4rtet wird. Der str\u00f6mungstechnische Nutzen dieser Lackoberfl\u00e4chen wurde in der Vergangenheit f\u00fcr verschiedene gro\u00dftechnische Anwendungen, vor allem f\u00fcr die Luftfahrt und f\u00fcr die Schifffahrt, nachgewiesen. Doch wie verh\u00e4lt sich das System bei Windkraftanlagen und wie kann es zur Steigerung des Stromertrags sowohl bei Neuanlagen, als auch nachtr\u00e4glich an Bestandsanlagen aufgebracht werden?<\/p>\n

Automatisierte Beschichtung des Riblet-Lacks auf Rotorbl\u00e4ttern<\/h3>\n

Die bereits im Vorfeld durchgef\u00fchrten Windkanalversuche zum Einfluss des Riblet-Lacksystems auf die aerodynamischen Eigenschaften an einem Modell eines Rotorblatts haben zu erfolgsversprechenden Ergebnissen hinsichtlich der Leistungssteigerung bei Windenergieanlagen gef\u00fchrt. Auf Basis dieser Ergebnisse resultierte die Prognose, dass sich durch das Lacksystem des Fraunhofer IFAM die aerodynamische Qualit\u00e4t der Rotorbl\u00e4tter signifikant steigern l\u00e4sst \u2013 und zwar ohne zus\u00e4tzliche Lasten f\u00fcr die Konstruktion der Windenergieanlage, da die leistungssteigernde Funktion in das Lacksystem integriert ist.<\/p>\n

Im ersten Schritt des Projekts \u00bbRiblet4Wind\u00ab wurden weitere umfangreiche Windkanal-Testreihen an einem 2D-Profil mit Riblet-Strukturen durchgef\u00fchrt. Es wurde eine signifikante aerodynamische Effizienzsteigerung von 10% gemessen.<\/p>\n

W\u00e4hrend der anschlie\u00dfenden Entwicklungsphasen innerhalb des Projekts hatte jeder Partner f\u00fcr die Anpassung des Riblet-Systems auf die\u00a0 Gro\u00dfstrukturen der Rotorbl\u00e4tter seine spezielle Aufgabe: Von der bionic surface technologies GmbH wurde mittels Str\u00f6mungssimulation und Windkanaltests die optimale Geometrie f\u00fcr die ausgew\u00e4hlte Windkraftanlage ermittelt, Ingenieure der Firma Mankiewicz haben das Lacksystem entwickelt, das Fraunhofer IFAM stellte den Lack-Applikator, der mit einer f\u00fcr die Rotorblattbeschichtung adaptierten Robotik der Firma Eltronic zu einem automatisierten Applikationssystem kombiniert wurde.<\/p>\n

Zur Demonstration der Technologie wurde eine bestehende AN Bonus-Windenergieanlage mit einer Nennleistung von 450 kW und einem\u00a0 Rotordurchmesser von 37 Metern verwendet. Diese Anlage und eine weitere Turbine des gleichen Typs stehen in Bremerhaven und werden von der Muehlhan Deutschland GmbH betrieben. E.ON Climate & Renewables war federf\u00fchrend bei der Erfassung der Leistungsdaten.<\/p>\n

Um die Ver\u00e4nderungen der Leistungscharakteristik beurteilen zu k\u00f6nnen, wurden die Windkraftanlagen f\u00fcr einen Zeitraum von zw\u00f6lf Wochen im Originalzustand betrieben und die entsprechenden Leistungsdaten ermittelt. Anschlie\u00dfend wurden die Rotorbl\u00e4tter einer Anlage demontiert und mit der Riblet-Beschichtung versehen. Hier konnte erstmals der automatisierte Auftrag des Riblet-Lacks auf ein Gro\u00dfbauteil demonstriert werden. Nach erfolgter Montage der behandelten Rotorbl\u00e4tter wurde die Leistungscharakteristik der Anlagen \u00fcber f\u00fcnf Monate nach einem standardisierten Verfahren gemessen. Weiterhin wurden Parameter wie Verschlei\u00df und Verschmutzung ermittelt.<\/p>\n

Obwohl es sich bei den Anlagen um \u00e4ltere Turbinen (ca. 20 Jahre) mit entsprechenden Abnutzungserscheinungen handelte, die zudem keine\u00a0 Rotorbl\u00e4tter mit verstellbarem Anstellwinkel haben, konnte eine Verbesserung der Leistungscharakteristik durch die Beschichtung gezeigt werden. Aufgrund au\u00dfergew\u00f6hnlicher Wetterbedingungen, gekennzeichnet durch gr\u00f6\u00dfere Zeitr\u00e4ume mit wenig Wind und daraus resultierender gro\u00dfer Streuung der Messdaten, l\u00e4sst sich die Verbesserung jedoch nicht mit Sicherheit quantifizieren. Die Abnutzung der Strukturen war im betrachteten\u00a0 Zeitraum vernachl\u00e4ssigbar.<\/p>\n

Industrielle Reife im Blick<\/h3>\n

Das Projekt \u00bbRiblet4Wind\u00ab hat den Nachweis erbracht, dass eine Riblet-strukturierte Beschichtung automatisiert auf Windenergie-Rotorbl\u00e4tter\u00a0 aufgebracht werden kann und zu einer Verbesserung der Leistungscharakteristik f\u00fchrt. Es ist sehr wahrscheinlich, dass diese Technologie in den n\u00e4chsten Jahren zur industriellen Reife gebracht wird und eine fl\u00e4chendeckende Anwendung findet. Ein sinnvoller n\u00e4chster Schritt w\u00e4re die Demonstration auf einer dem heutigen Standard entsprechenden Anlage (> 2MW Leistung mit verstellbaren Rotorbl\u00e4ttern), um das wirtschaftliche Potenzial dieser Technologie weiter quantifizieren zu k\u00f6nnen.<\/p>\n

Projektf\u00f6rderung<\/h3>\n

Das Projekt \u00bbRiblet4Wind\u00ab \u2013 Riblet-Surfaces for Improvement of Efficiency of Wind Turbines \u2013, HORIZON2020 Framework programme Grant Agreement H2020-LCE3-2014, Nr. 657652, startete am 1.6.2015 und endete am 28.02.2019. Die Projektpartner bionic surface technologies GmbH (\u00d6sterreich), CPT Centre de projecci\u00f3 t\u00e9rmica \u2013 Universit\u00e4t Barcelona (Spanien), Eltronic (D\u00e4nemark), E.ON Climate & Renewables (Vereinigtes K\u00f6nigreich Gro\u00dfbritannien und Nordirland), Fraunhofer-Institut f\u00fcr Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM (Deutschland), Mankiewicz (Deutschland) sowie Muehlhan A\/S (D\u00e4nemark) bedanken sich bei der Europ\u00e4ischen Kommission f\u00fcr die Projektf\u00f6rderung.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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