Windgeneratorenflügel der Zukunft
„Smart Blades“ und „BladeMaker“ sind die Namen zweier Forschungsprojekte: BladeMaker erkundet, wie sich Rotorblätter kostengünstiger, schneller und in höherer Qualität produzieren lassen. SmartBlades will im Forschungsverbund Windenergie mit dem ForWind-Verbund, dem DLR und dem Fraunhofer-IWES Windlastspitzen reduzieren: über die Blattgeometrie, den Materialaufbau oder aktive bewegliche Klappen.
Ein Rotorblatt kostet 200 000 Euro
Kaum zu glauben, doch Rotorblätter stellt man bislang fast vollständig in Handarbeit her (s.o.). Das macht ein Fünftel der gesamten Herstellungskosten einer Windenergieanlage aus. „Ein Rotorblatt von rund 60 Meter Länge kostet derzeit etwa 200 000 Euro“, erklärt Florian Sayer, Abteilungsleiter Rotorblatt vom Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES). Forscher sehen Chancen, die Fertigungskosten der Blätter bis zehn Prozent zu senken oder ihre Leistungsfähigkeit zu erhöhen. Beides würde die Produktionskosten für Windstrom senken.
BladeMaker: Von der Handarbeit zur industriellen Fertigung
Das Projekt BladeMaker erkundet, wie sich Rotorblätter kostengünstiger, schneller und in höherer Qualität produzieren lassen. Ein Ansatz: Arbeitsschritte automatisieren.
Die Herausforderungen bei der Herstellung von Rotorblättern sind vielfältig. Die Blätter sind riesig – ein einzelner Flügel ist bis zu 85 Metern lang. Über 20 Jahre muss er Wind und Wetter trotzen – das verlangt hohe Qualität. Und trotz dieser Anforderungen muss die Produktion wirtschaftlich sein. „Wir können hier nicht einfach die Techniken aus dem Flugzeugbau übertragen. Nicht nur wegen der Unterschiede des Produktes. Es wäre für die Windradbranche auch nicht rentabel“, sagt Sayer.
Rotorblätter erzielen einen geringeren Preis pro Kilo als Flugzeugflügel. Sie müssen günstiger produziert werden, damit sich ihre Herstellung lohnt. Maschinen in der Rotorblattfertigung müssen pro Stunde deutlich mehr produzieren als im Flugzeugbau.
Maschinen, Material, Mengen – was lässt sich ändern?
An welchen Stellen zahlt es sich aus, Arbeitsschritte zu automatisieren? Das untersucht das Fraunhofer-IWES gemeinsam mit 15 Industrie- und Forschungspartnern. Die Fachleute schauen sich den gesamten Produktionsprozess an: Welche Fertigungsschritte könnten Maschinen übernehmen? Wo könnten dadurch günstigere Materialien eingesetzt werden? Welcher Fertigungsablauf wäre am kostengünstigsten? Und wie müsste das Rotorblatt dafür konstruiert sein?
Glasfasermaterialien für Rotorblätter werden in Formen abgelegt. Ist es günstiger, schwere Glasfaser-Bahnen, einzeln nacheinander per Hand in die Form zu legen? Oder mehrere Bahnen gleichzeitig von einer etwa 200 Kilogramm-Rolle ablegen zu lassen – obwohl das Gewicht der Rolle den Prozess bremst, der Energieaufwand höher ist und die Anlage das Material noch schneiden muss?
Handarbeit kann vorteilhafter sein
Maschinen haben Vorteile: ihre Präzision und Kraft sowie ihr Vermögen, Arbeitsschritte fortlaufend gleich zu wiederholen. Nachteile gibt es, wo Krümmungen gelegt werden müssen. Hier kann Handarbeit vorteilhafter sein. Das Design anzupassen, Krümmungen zu verändern ist ebenso möglich.
Auch in Arbeit: das Demonstrationszentrum Rotorblatt
Ein wichtiger Teil des Projektes BladeMaker ist es, ein Demonstrationszentrum aufzubauen, das 2015 in Betrieb gehen soll. Darin sollen Fertigungsprozesse (weiter)entwickelt, an 25 Meter großen Rotorblattstücken getestet und vorgeführt werden. Das ProjektBladeMaker endet 2017. Ergebnisse sollen sein: neu entwickelte automatisierte Fertigungsverfahren und ein neuartiges Rotorblatt-Design, dass sich besonders gut für die automatisierte Herstellung eignet.
->Folgt: SmartBlades: Das kluge Rotorblatt gibt nach