6% stijging van de jaarlijkse energieproductie met GFRP achterrand-spoilers voor windturbinebladen

De windenergie-startup evoblade, een spin-off van het Institute of Aerospace Technology (IAT) van de Hogeschool Bremen (Duitsland), heeft een composite, monteerbare achterrand-spoiler voor rotorbladen ontwikkeld met steun van Deutsche Windtechnik AG (Bremen) en Wirtschaftsförderung Bremen. De resultaten van een side-by-side test- en optimalisatiestudie van de EvoFlap bevestigen nu dat de installatie van de spoiler de aerodynamische stroming in het wortelgebied van het blad verbetert, wat leidt tot een hogere efficiëntie en prestaties van het windturbinestelsel.

“Rotorbladen hebben een significante impact op de technische en economische prestaties van een windturbine,” zegt Dr.-Ing. Frank Kortenstedde, oprichter en CEO van evoblade. “Door het ontwikkelen en optimaliseren van een monteerbaar stroomingselement wilden we een technische en economische verbetering bereiken van de eigenschappen van bestaande systemen, die profiteert van de vooruitgang in technisch inzicht.”

Aanpasbaar aan verschillende rotortypen

De EvoFlap kan worden aangepast aan verschillende rotorbladtypen. Als basissysteem voor de optimalisatie werd de NEG Micon NM 82 turbinetype gekozen met een nominaal vermogen van 1,5 megawatt (MW) en een rotorbladtlengte van 40 meter. De additionele spoiler, samengesteld uit een composite glasvezel-versterkte polymer (GFRP) zandwichconstructie, heeft een totale lengte van 10 meter, verdeeld in zeven segmenten om montage direct op een geïnstalleerd rotorblad mogelijk te maken.

“Het hoeft niet van de nabij te worden verwijderd om de EvoFlap te monteren, wat de arbeid en kosten vermindert,” benadrukt Frank Kortenstedde. “Daarnaast wordt de bladstructuur niet beschadigd door het lijmen van de segmenten, en past de EvoFlap harmonieuze in het bladontwerp.”

Onafhankelijke validatie met iSpin-technologie

Om de jaarlijkse energieopbrengst te valideren, werd ROMO Wind (Einsiedeln, Zwitserland) ingehuurd voor onafhankelijke prestatiemonitoring met iSpin-spinner-anemometertechnologie, die windsnelheid voor de turbine meet voor directe, onverstoorde data. Naast het testsysteem werd een tweede (aangrenzende) turbine van hetzelfde type uitgerust met iSpin-technologie als referentiesysteem.

De resultaten van de side-by-side studie, die liep van augustus 2015 tot maart 2019, bevestigden de toename van de jaarlijkse energieproductie (AEP) die voorspeld werd met gesimuleerde data. Recente resultaten tonen ook een 6% toename van de AEP bij een gemiddelde jaargemiddelde windsnelheid van 7 meter per seconde. Naast het verhogen van de opbrengst werd aangetoond dat de EvoFlap ook de buig- en torsiestevigheid van het rotorblad vergroot, wat de algehele levensduur van het blad verbetert.

“Afhankelijk van de bruikbare levensduur van de EvoFlap, kan een mogelijke verlenging van 1,2 tot 2,6 jaar boven de maximale levensduur van 20 jaar worden bereikt,” legt Frank Kortenstedde uit. “Er is een zeer hoge mate van technologieoverdracht bereikt. Het monteren van dergelijke grootschalige stroomingselementen is momenteel nog een absolute uitzondering. Toch toont dit onderzoeksproject significant positief potentieel.”

Toepasbaar op smalle bladwortels

Volgens evoblade en partners kan de EvoFlap theoretisch op alle windturbines worden geïnstalleerd die een smal ontwerp in het bladwortelgebied hebben. Hoewel het stroomingselement geschikt is als retrofit-oplossing, moet het worden aangepast aan de individuele kenmerken van het betreffende bladtype.

“Hoewel retrofitting van stroomingselementen niet altijd een optie is, en het initiële ontwerp en de kenmerken van turbines aan de systeemfabrikanten zijn overgelaten, zijn we nog steeds erg blij om deel te nemen aan en te ondersteunen onderzoeksprojecten als deze die kijken naar toekomstige technologiën,” voegt Matthias Brandt, directeur van Deutsche Windtechnik AG, toe. “De resultaten gaan in de goede richting en helpen de gehele industrie!”