Besserer Schutz vor Blitzeinschlägen für die Rotorblätter von Windkraftanlagen
Die abgelegenen Standorte vieler Windturbinen machen Wartungs- und Reparaturarbeiten kostspielig und zu einer logistischen Herausforderung, insbesondere auf dem Meer. Eine wesentliche Schadensursache sind Blitzschläge, ein Problem, das durch die zunehmende Größe der Windturbinen noch verstärkt wird. Wird auch nur ein einzelnes Rotorblatt durch einen Blitzschlag beschädigt, muss die gesamte Turbine außer Betrieb genommen werden. Die EU-Unterstützung für kleinere und mittlere Unternehmen ermöglichte, dass im Rahmen des Projekts LIBI – das Blitzauffangimplantat für Rotorblätter von Windanlagen (Lightning Interception Blade Impant, LIBI) – ein Blitzschutzsystem (Lightning Protection System, LPS) weiterentwickelt, getestet, zertifiziert und auf den Markt gebracht werden konnte, das sowohl für Hersteller als auch für Zulieferer und Anlagenbetreiber geeignet ist. Das Ergebnis sind mehr als 30 Anpassungen des allgemeinen Konzepts des Blitzschutzsystems, um die Spezifikationen der Kunden zu erfüllen. Leistungsstark und einsatzbereit Schäden durch Blitzschlag sind neben der Erosion der vorderen Kanten das vorherrschende Risiko beim Betrieb von Windkraftanlagen. Deshalb müssen alle Hersteller von Rotorblättern für Windturbinen ein Blitzschutzsystem installieren. Bisher haben die Hersteller eigene Lösungen genutzt, die jedoch arbeitsintensiv und kostspielig sind, wenn man bedenkt, dass sich die Entwicklungszyklen für ein Blitzschutzsystem über mehrere Monate hinziehen können. Des Weiteren sind Blitzschutzsysteme komplex, wenn man Materialien, Prozesse, Fertigung, Gewicht, Zeit- und Kostenerfordernisse berücksichtigt.. „Auf der Grundlage unserer Kundenerfahrung und nach Tests vieler Entwürfe in unserem Labor haben wir festgestellt, dass herkömmliche Blitzschutzsysteme zu komplex waren und zu sehr von den Fähigkeiten der Installationstechniker abhängig waren. Außerdem erfordert jeder neue Entwurf eines Rotorblatts auch ein neues Blitzschutzsystem“, sagt Dr. Soren Madsen. „Deshalb haben wir beschlossen, ein allgemeines, vorab getestetes und zertifiziertes System zu entwickeln, das ganz einfach an jeden Entwurf eines Rotorblatts angepasst werden kann.“ Bei LIBI handelt es sich um ein Implantat, das in die Struktur des Rotorblatts integriert wird und so 100 % Effektivität beim Auffangen von Blitzschlägen gewährleistet. Die Spitze des LIBI führt bis zur Spitze des Rotorblatts und stellt zusammen mit dem ersten Paar Seitenrezeptoren (ungefähr 1 m von der Spitze entfernt) Aufnahmepunkte für Blitzschläge bereit. Wenn das LIBI getroffen wird, wandert der Strom über einen Ableiter (Hochspannungskabel für die ersten 10-15 m, anschließend herkömmliches Kabel) im Innern des Rotorblatts nach unten zum Anfang des Rotorblatts. Die Isolierung der Metallteile im Innern gewährleistet, dass die ursprünglichen Entladungen nicht durch die Hülle des Rotorblatts entweichen können und minimieren somit Ausfälle der Rotorblätter. Über die Hälfte der Arbeit erfolgt üblicherweise vorab in der Fabrik, was den Prozess beschleunigt und gleichzeitig eine konstante und hohe Fertigungsqualität sicherstellt. Das System kann auch an Rotorblättern mit nicht ausreichendem Blitzschutz bzw. an Rotorblättern, die bereits durch Blitzschlag beschädigt wurden, nachgerüstet werden. Sowohl die Lösung an neuen Rotorblättern als auch die Nachrüstlösung wurden zertifiziert. Anreize für grüne Energie Das LIBI wird Ausfallzeiten von Windturbinen aufgrund von Blitzschlägen deutlich reduzieren, die Produktion erhöhen und die Kosten der Windenergie verringern – und schafft so Anreize, Kohlekraftwerke mit grüner Windenergie zu ersetzen. „Wir sind fest davon überzeugt, dass LIBI einen wichtigen Schritt darstellt, um moderne Windenergie zum Vorteil aller Bewohner der Erde wettbewerbsfähiger zu machen“, sagt Dr. Madsen. Alle vorgeschriebenen Verifzierungstests (von der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC 61400-24 Ed2) gefordert) wurden durchgeführt, einschließlich zwei Hochspannungstests zur Ermittlung der Auffangeffizienz und zwei Hochspannungstests zur Überprüfung der Wurzelerosion an den Rezeptoren aufgrund des Lichtbogens sowie zur Überprüfung der Stromleitfähigkeit der Kabel und Verbindungen.. Darüber hinaus wurde der Entwurf mechanischen Tests unterzogen und bei niedrigen und hohen Temperaturen (-40 °C bis +65 °C) getestet. LIBI wird zurzeit in großen Stückzahlen auf den Windenergiemärkten in Europa und Asien verkauft. Bis Oktober 2018 wurden bereits 2 000 Systeme installiert, 2019 wird voraussichtlich die Marke von 6 000 überschritten werden.
Schlüsselbegriffe
LIBI, Windturbine, Rotorblatt, Blitz, Implantat, Rezeptor, Nachrüstung, grüne Energie, Spannung, Strom, Nachhaltigkeit
