"Meestal duurt het een eeuwigheid voor nieuwe aanbevelingen worden geaccepteerd door certificerende instanties," vertelt Jessica Holierhoek van ECN Windenergie. "Daarom waren we prettig verrast toen Germanischer Lloyd een deel van onze resultaten al dit jaar in richtlijnen verwerkte."
Natuurlijk helpt het dat GL een van de partners was in het project 'PROTEST' (PROcedures voor het TESTen van en meten aan systemen voor windenergie, gefinancierd door de Europese Commissie). Minstens zo belangrijk is echter de schade die vooral op zee wordt geleden als gevolg van onverwachte defecten. Er zijn voorbeelden genoeg waarbij componenten, zoals lagers en tandwielkasten al korte tijd na inbedrijfname vervangen moesten worden. Zo zijn er o.a. een flink aantal tandwielkasten vervangen in het Engelse windpark Kentish Flats, in het mondingsgebied van de Thames. Ook in het OWEZ windpark, het Offshore Windpark Egmond aan Zee, was dat noodzakelijk, terwijl het park nog maar 2 jaar operationeel was. De eigenaren van de windparken denken of hopen dat de problemen nu zijn opgelost.
"Maar het ontwerp van een nieuwe windturbine blijft nog te veel een gok," zegt Holierhoek, coördinator van PROTEST. "Vooral door de te simplistische benadering van sommige componenten: Een tandwielkast waar alleen het gewenste koppel op werkt, of een bladverstellingsmechanisme dat netjes gelijkmatig wordt belast. De werkelijkheid is heel anders. En de verschillen zijn althans voor een deel bekend."
De bodemplaat van de gondel moet zorgen dat de as van de rotor in lijn blijft met de tandwielkast, zodat de laatste alleen te maken heeft met het gewenste koppel. In de praktijk zijn uitlijningsfouten als gevolg van de zware en wisselende belasting onvermijdelijk (Foto: DeWind).
Een goed begin
Normen voor de certificering van windturbines bestaan onder andere uit voorgeschreven analyses van gedefinieerde ontwerpbelastingen. PROTEST heeft adviezen opgeleverd voor enkele nieuwe definities: voor de berekening van resonanties in het systeem van rotor, tandwielkast, generator en gondelchassis; voor de omgang met uitlijningsfouten die ontstaan onder belasting; en voor een betere analyse van de gevolgen van een (gedeeltelijk) uitvallen van het net waar de turbine stroom aan levert. Deze adviezen zijn opgenomen in Germanischer Lloyd's (GL's) nieuwe Guideline for the Certifcation of Wind Turbines.
Holierhoek: "Het is een goed begin, maar niet meer dan dat. Rekenwerk moet gevalideerd worden door metingen aan een prototype. De gebruikte rekenmodellen en simulaties bepalen dus wat er te meten valt; je kunt immers niet valideren wat je om te beginnen niet kon berekenen. En de modellen zijn niet goed genoeg."
Links: Windpark Kentish Flats, in het mondingsgebied van de Thames. In dit park moesten binnen vijf jaar een aantal tandwielkasten vervangen worden (Foto: Elsam).
Stappenplan
Waar het verder aan mankeert is communicatie. Ontwerpers hebben moeite om de unieke eisen die een windturbine stelt over te brengen aan de leveranciers van componenten zoals lagers, mede doordat beide partijen elkaar liever geen blik in de eigen keuken gunnen. Als het gaat om de rotorbladen of de mast geeft dat meestal weinig problemen, want nieuwe bladen en masten lijken voldoende op hun voorgangers om hun betrouwbaarheid te kunnen analyseren volgens een vast stramien van metingen en berekeningen. Maar er worden vele, sterk uiteenlopende oplossingen bedacht voor het verstellen van de rotorbladen, het kruien van de gondel, de ophanging van de rotor en de constructie van de tandwielkast. Het is zelfs mogelijk om de tandwielen weg te laten en een speciaal ontworpen generator rechtstreeks aan de rotor te koppelen.
"Een gedetailleerde, rigide lijst van normen en voorschriften kan daar niet op aansluiten," zegt Holierhoek. "Daarom hebben we een stappenplan uitgewerkt waarmee de betrokken fabrikanten en leveranciers samen de rekenmodellen en meetcampagnes kunnen bepalen, op maat voor elk nieuw turbine-ontwerp."
Het stappenplan maakt duidelijk welke informatie daarbij op tafel moet komen. Maar of deze methode ook zo snel door certificerende instanties wordt overgenomen is nog de vraag. Het is een nieuwe aanpak, die meer verantwoordelijkheid bij de ontwerpers legt.
Modulaire modellen
Holierhoek: "We zouden graag een modulaire structuur willen invoeren voor de rekenmodellen, zodat de fabrikant van een component zijn verhaal kan doen in de vorm van een model dat zijn product afdoende beschrijft, en dat rechtstreeks past in effectieve simulaties van complete systemen."
Daarmee zouden de uitkomsten van het stappenplan voor verschillende ontwerpen beter vergelijkbaar worden. Maar dat is nog toekomstmuziek, een mogelijk vervolg op PROTEST. En ook als de procedure voor het ontwerpen van windturbines ooit zo goed wordt als hij kan zijn, dan blijft er nog veel te wensen over. De voorspellingen op basis van simulaties sporen nog lang niet goed genoeg met de krachten die een windturbine in werkelijkheid moet verdragen. Fabrikanten leren door ervaring wat wel en niet kan, maar de ervaringen worden nauwelijks gedeeld.
Openheid
"In de luchtvaartindustrie is openheid normaal," vertelt Holierhoek. "Als Airbus ergens over struikelt, hoeft Boeing dat niet ook te doen. Maar turbinebouwers zien de oorzaken van defecten als concurrentiegevoelige informatie, zodat veel wielen meer dan eens worden uitgevonden."
Dat kost geld en vooral tijd, een verspilling die we ons eigenlijk niet meer kunnen veroorloven. Want de windparken op zee worden snel groter, terwijl de turbines nog niet voldoende betrouwbaar zijn om zonder subsidie winst te kunnen maken.
Contact
Jessica Holierhoek
ECN Windenergie / Windturbine Ontwerp & Regelingen
Tel. 022 456 42 78
E-mail: Jessica Holierhoek
Tekst: Steven Bolt
Info
PROTEST, Final Report
PROTEST. Suggestions for improved standards
Recommended Practices for Measuring in Situ the "Loads" on Drive Train, Pitch System and Yaw System
Website PROTEST
Dit ECN-Nieuwsbrief-artikel mag zonder toestemming worden gebruikt voor publicatie, mits verwezen wordt naar de bron: www.ecn.nl/nl/nieuws/newsletter-nl/
