Luisteren naar schade aan windturbines

Het onderhoud en de inspectie van windturbines is complex en kostbaar, vooral bij offshore-installaties. Rotorbladen worden vaak preventief vervangen bij vermoedelijke schade, wat kosten kan veroorzaken van meer dan 200.000 euro per blad. Het Fraunhofer-instituut voor geïntegreerde schakelingen (IIS), in samenwerking met het Fraunhofer-instituut voor windenergiesystemen (IWES), heeft een geavanceerde oplossing ontwikkeld om scheuren en breuken in rotorbladen vroegtijdig en op afstand te detecteren.

Rotorbladen bestaan uit meerdere composietlagen, waardoor traditionele inspecties moeilijk zijn. Conventionele methoden zoals visuele controle of drone-inspecties vereisen veel tijd en leveren grote hoeveelheden ruwe data op. Het nieuwe systeem maakt gebruik van structure-borne sound sensoren die akoestische emissies detecteren, oftewel geluidsgolven die ontstaan bij interne schade.

Het systeem werkt met een speciaal ontwikkelde chip die in de sensoren is geïntegreerd. De sensoren worden van binnenuit op de rotorbladen geplaatst en registreren oppervlaktedrukgolven die ontstaan bij scheuren, breuken of erosie. De chip verwerkt de signalen lokaal en stuurt alleen afwijkende data door via mobiele netwerken, waardoor het dataverkeer sterk wordt beperkt en een breedbandverbinding overbodig is.

De voordelen van deze aanpak zijn onder meer:

• Continue monitoring: De chip luistert permanent naar structurele veranderingen in het rotorblad.
• Vroegtijdige detectie: Het systeem kan onderscheid maken tussen een zich vormende scheur en een daadwerkelijke breuk.
• Reductie van onderhoudskosten: Onnodige inspecties en vervangingen van rotorbladen worden beperkt, vooral bij moeilijk toegankelijke offshore-installaties.
• Energie-efficiëntie en dataslimheid: Door het versturen van enkel relevante afwijkingen wordt het systeem minder belastend voor het netwerk en energieverbruik.

Het huidige project bouwt voort op eerdere prototypes en breidt de functionaliteit uit. Toekomstige versies moeten ook in staat zijn blikseminslagen en de resulterende schade te detecteren, wat cruciaal is voor offshore windparken die blootstaan aan extreme weersomstandigheden.

Door deze technologie kunnen windturbines betrouwbaarder worden geëxploiteerd en kunnen onderhoudsstrategieën worden geoptimaliseerd. De combinatie van lokale signaalverwerking, geavanceerde sensorchips en akoestische monitoring maakt een nieuwe generatie voorspellend onderhoud mogelijk.

Björn Zeugmann, groepsmanager bij Fraunhofer IIS, benadrukt het innovatieve karakter: “Het systeem koppelt geavanceerde elektronica en signaalverwerking aan praktische monitoring van rotorbladen. Het stelt ons in staat potentiële schade vroegtijdig te identificeren en gericht onderhoud uit te voeren, waardoor de beschikbaarheid en veiligheid van windturbines wordt verhoogd.”