Levensduur windturbines verlengen door onderzoek

Met het onderzoeksproject ON PACE werken De Haagse Hogeschool en technologiebedrijf Sensing360 aan een oplossing om de levensduur van offshore windturbines te verlengen.

De aanleiding is verrassend. Windmolens draaien niet non-stop, maar worden steeds vaker tijdelijk stilgezet. Dat gebeurt bijvoorbeeld wanneer er meer stroom wordt opgewekt dan het elektriciteitsnet aankan, maar ook bij zware stormen of vanwege milieumaatregelen. “Windmolens zijn gebouwd om zoveel mogelijk te draaien”, vertelt projectleider Sam Aerts van De Haagse Hogeschool. “Tegenwoordig komt noodgedwongen uitschakeling door zogenoemde ‘curtailment events’, zoals noodweer of overcapaciteit, vaker voor dan waarvoor turbines oorspronkelijk zijn ontworpen. Dit heeft negatieve gevolgen voor de geplande levensduur van de mechanische onderdelen.”

Slijtage door stoppen

Vooral het stilzetten van een draaiende windturbine veroorzaakt hoge krachten in het aandrijfsysteem. De energie die in de draaiende rotorbladen zit opgeslagen, moet immers ergens naartoe. Die krachten komen onder meer terecht op de lagers, belangrijke onderdelen die zorgen dat bewegende delen soepel blijven draaien.

Hoe vaker zulke belasting optreedt, hoe sneller slijtage ontstaat, wat leidt tot extra onderhoud, hogere kosten en uiteindelijk een kortere levensduur van turbines. “Het afremmen van windmolens kan op termijn een flinke impact hebben op de levensduur van de lagers in de turbine”, legt Sam uit.

Van meten naar voorspellen

Binnen ON PACE onderzoeken de projectpartners hoe die slijtage precies ontstaat. De Haagse Hogeschool maakt daarvoor gebruik van een speciale testopstelling, waarin lagers onder gecontroleerde omstandigheden worden belast. Met behulp van verschillende sensoren meten onderzoekers hoe een lager reageert op krachten die vergelijkbaar zijn met de belastingen in een echte windturbine. De onderzoekers kijken daarbij naar trillingen, geluidssignalen en innovatieve glasvezelsensoren die zeer nauwkeurig vervormingen registreren. “Wij bepalen in het laboratorium exact welke kracht op een lager wordt uitgeoefend”, zegt Sam. “Door die gegevens te koppelen aan sensormetingen begrijpen we beter wat er in een echte windturbine gebeurt. De verzamelde gegevens vormen de basis voor nieuwe modellen die voorspellen hoe snel onderdelen slijten en hoeveel levensduur nog resteert.”

Digitale tweeling 

Een belangrijk onderdeel van het project is de ontwikkeling van een zogenoemde digital twin: een digitale kopie van het mechanisme in een windturbine. Met zo'n model kunnen onderzoekers verschillende scenario's simuleren. Wat gebeurt er bijvoorbeeld als een turbine vaker moet stoppen? Welke invloed heeft dat op de lagers? En wanneer is onderhoud het meest efficiënt? Sam: “Met een digital twin kunnen we verschillende toekomstscenario’s doorrekenen. Zo krijgen we beter inzicht in de gevolgen van bepaalde keuzes en is onderhoud slimmer te plannen.” 

Veilig en rendabel blijven

Behalve technische, levert een digital twin ook economische voordelen op. Windparken vertegenwoordigen enorme investeringen en veel bestaande offshore turbines naderen hun oorspronkelijk ontworpen levensduur. “Urgent is de vraag hoelang bestaande windparken nog veilig en rendabel kunnen blijven draaien”, aldus Sam. “Daarvoor is veel meer kennis nodig dan momenteel beschikbaar is.”

Open data voor de sector

Een opvallend aspect van het project is dat de onderzoeksresultaten straks breed beschikbaar zijn. De testopstelling genereert grote hoeveelheden data over slijtageprocessen in lagers. Die informatie wordt als open data gedeeld met de sector. Volgens de projectleider is daar behoefte aan. “Bedrijven beschikken vaak over eigen gegevens, maar die zijn meestal beperkt. Er is relatief weinig onafhankelijke data beschikbaar waarmee we verschillende situaties kunnen vergelijken. We hopen dat de resultaten uiteindelijk leiden tot betere voorspellende onderhoudsmodellen en slimmere beslissingen over het beheer van windparken.”

Praktijkgericht onderzoek

Voor Sam ligt de persoonlijke meerwaarde van het project niet alleen in de bijdrage aan de energietransitie, maar ook in de kansen die het biedt voor studenten. Binnen ON PACE werken studenten van opleidingen als Werktuigbouwkunde, Elektrotechniek, Technische Natuurkunde en Applied Data Science samen aan onderdelen van het onderzoek. Zij bouwen mee aan sensoren, analyseren data en verbeteren de testopstellingen. “Deze testomgeving is een geweldig leerplatform. Studenten werken samen met bedrijven en onderzoekers uit andere disciplines aan een écht vraagstuk uit de praktijk.” 

Voorspellend onderhoud

In de windmolenindustrie wordt voorspellend onderhoud steeds belangrijker. Dit project laat zien hoe onderwijs, onderzoek en bedrijfsleven samen kunnen werken aan oplossingen die direct toepasbaar zijn. ON PACE draagt bij aan een toekomst waarin offshore windparken langer meegaan, slimmer worden onderhouden en meer duurzame energie kunnen blijven leveren.

Contact

Wil je meer weten over het project of samenwerken? Bekijk de projectpagina.