UFO - Umgebungseinflüsse auf Offshore-Windenergieanlagen

Laufzeit des Projektes: 01.07.11 - 30.06.14

Fördermittelgeber: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU)

Motivation

Die mit Hochtechnologie ausgerüsteten Windenergieanlagen sind auf dem Meer gegenüber den Onshore-Anlagen veränderten klimatischen Umgebungsbedingungen ausgesetzt, was die Anforderungen an die Technologie und den Komponentenschutz der Anlagen vor große Herausforderungen stellt. Aufgrund der aggressiven Umgebungsbedingungen, bedingt durch den erhöhten Feuchteeinfluss, den Salzgehalt in der Luft, das salzige Spritz- und Gischtwasser und die deutlich höheren Windgeschwindigkeiten, gekoppelt mit zusätzlichen Seegangslasten, werden die Anlagenkomponenten stark beansprucht. Zusätzlich spielen auf See weitere Faktoren, wie Zugänglichkeit, Zuverlässigkeit und die technische Verfügbarkeit der gesamten Anlage eine wesentlich größere Rolle verglichen mit Onshore-Anlagen. Die Aspekte des Einflusses von Umgebungsbedingungen auf Komponenten von Windenergieanlagen werden im Rahmen des vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit öffentlich geförderten Projektes “UFO - Umgebungseinflüsse auf Offshore-Windenergieanlagen” untersucht.

Zielsetzung

Das Projekt UFO wird am Institut für Windenergie (fk-wind:) an der Hochschule Bremerhaven in einer Zusammenarbeit mit dem Institut für Marine Ressourcen (IMARE GmbH) bearbeitet. Ziel dieses Projektes ist die messtechnische Erfassung, die Analyse und die Auswertung von klimatologischen Bedingungen auf Plattformen und Messmasten sowie in Windenergieanlagen im Offshore- und Nearshore-Bereich. Die Einflüsse der Umweltbedingungen sollen hinsichtlich der Auswirkungen auf Anlagenkomponenten wie Gondel, Nabe und Rotorblatt untersucht und analysiert werden.

Zur Erfassung und Untersuchung von möglichen Salzablagerungen auf Materialproben sind drei Maßnahmen vorgesehen. Zum einen werden in den Near- und Offshore-Windenergieanlagen sowie an der FINO 1 Plattform Proben verschiedener Werkstoffe (Metall und Faserverbund) über einen bestimmten Zeitraum ausgebracht und anschließend auf Veränderung der Oberfläche analysiert.

Adaption von Materialproben in einer Nearshore-WindenergieanlageAdaption von Materialproben an einem externen Nearshore-StandortAdaption von Materialproben auf der FINO 1-Plattform Abb. 1: Adaption von Materialproben in einer Nearshore-Windenergieanlage (links) sowie an einem externen Nearshore-Standort (Mitte) und auf der FINO 1-Plattform (rechts, Quelle: UL International GmbH)

Zum anderen werden in der Salzsprühkammer der Hochschule Bremerhaven Materialproben unter veränderten Bedingungen beaufschlagt und einer anschließenden materialspezifischen Analyse unterzogen. Kernstück dieser Untersuchungen ist die Entwicklung einer innovativen Messtechnik zur Erfassung von Salzablagerungen auf Materialoberflächen mittels Lasertechnik, bildgebender Verfahren und Korrelationsmethoden. Nach Aufbau und Test im Laborbetrieb (Abbildung 2) wird das Salzablagerungs-Detektions-System auf der Nearshoreanlage im Onshore-Einsatz geprüft und optimiert, bevor es in den Offshore-Windenergieanlagen eingesetzt wird.

Salzablagerungs-Detektions-System Abbildung 2: Test des Salzablagerungs-Detektions-Systems im Labormaßstab

Die veränderten Bedingungen im Offshore-Bereich können ebenfalls zu einem verstärkten Einfluss von Feuchte auf die Komponenten der Windenergieanlagen führen. Durch Belüftungs- und Entwässerungsöffnungen, Temperaturschwankungen und die Rotorblattbewegung kann Feuchtigkeit in das Laminat der Rotorblätter übertragen werden und zu einer Veränderung der Kennwerte der Glasfaserverbundstruktur führen (Abbildung 3).

Einfluss von Temperatur und Feuchte auf das Rotorblattmaterial Abbildung 3: Einfluss von Temperatur und Feuchte auf das Rotorblattmaterial

Gegenstand weiterer Untersuchungen ist daher die nähere Betrachtung und Auswertung des zeitlichen Temperatur- und Feuchteverlaufs in den Rotorblättern.

Das ausgeprägte Temperatur-Feuchte-Verhältnis bietet ideale Lebensbedingungen für Mikroorga-nismen. Mikroorganismen können aufgrund ihres Stoffwechsels oder ihrer Stoffwechselprodukte (z. B. organische Säuren) Schädigungen an vielen Materialen direkt verursachen oder aber katalysieren und beschleunigen. Die durch Mikroorganismen hervorgerufene mikrobiell induzierte Korrosion von Beschichtungen und Metallen ist bereits von Ölplattformen bekannt und wird voraussichtlich auch für Near- und Offshore-Windenergieanlagen an Bedeutung zunehmen. Die Abbildungen 4.a und 4.b zeigen Mikroorganismen, die an dem Rotorblatt einer Onshore-Windenergieanlage und an der Turminnenwand einer Nearshore-Anlage nachgewiesen wurden.

Pilzgeflecht a   Pilzwachstum auf Nährboden b   Analyse von Ölproben c

a. Pilzgeflecht auf der Unterseite eines Lacksplitters einer Rotorblattoberfläche (Quelle: MPA Bremen)
b. Pilzwachstum auf Nährboden, Probe von der Turminnenwand einer Nearshore-Anlage (Quelle: MPA Bremen)
c. Analyse von Ölproben

Anhand von Material- und Ölproben (Abbildung 4.c) wird der mögliche Einfluss von Mikroorganis-men auf die vier Standorte im Near- und Offshore-Bereich erfasst. Zusätzlich werden Tupfproben von Komponentenoberflächen genommen und auf mikrobiellen Befall untersucht.

Aus den in dem Projekt UFO gewonnen Ergebnissen sollen Verbesserungsmaßnahmen der Anlagenkomponenten zum entsprechenden Schutz für den Offshore-Einsatz zusammen mit den jeweiligen Partnern diskutiert werden. Zukünftig können Daten, die bei den Untersuchungen zu den Temperatur-Feuchte-Verläufen im Rotorblatt sowie mit dem Salz-Detektions-System ermittelt werden, in modifizierter Form an die Steuerungs- und Monitoring-Einrichtungen der Windenergie-anlagen weiter gegeben werden und somit zur Anlagenüberwachung beitragen.

Kontakt

Dipl.-Ing. Uta Kühne,
fk-wind: Institut für Windenergie an der Hochschule Bremerhaven,
An der Karlstadt 8,
27568 Bremerhaven,
Telefon: 0471/4823-543,
E-Mail: uta.kuehne@fk-wind.de
www.fk-wind.de

Verbundpartner

IMARE GmbH, Institut für Marine Ressourcen GmbH, Bremerhaven, www.imare.de

Projektpartner und Unterauftragnehmer

MPA - Amtliche Materialprüfungsanstalt der Freien Hansestadt Bremen, www.mpa-bremen.de

Adwen GmbH, www.adwenoffshore.com

UL International GmbH (DEWI), www.dewi.de

Projekt GmbH, www.projekt-gmbh.de

Senvion SE, www.senvion.com

DNV GL (ehem. GL Garrad Hassan), www.dnv.de

Publikationen des Projektes

Die Publikationsliste von RAVE-UFO finden Sie hier:
UFO - fk-wind