Helt nye vindmøllevinger på 107 meter udfordrer test i fuld skala

I Danmark satser vi stort på vindenergi, primært havvind, og regeringen har lagt op til, at Danmark skal være førende inden for vindmølleenergi. Et af de erklærede mål er, at vedvarende energi skal udgøre 30% af Danmarks endelige energiforbrug i 2020 og 100% i 2050.

For at følge med udviklingen bliver vindmøllerne større og større. Det giver bl.a. udfordringer i forhold til at teste de store vinger for ydeevne og sikkerhed uden at have faciliteter til at teste i fuld størrelse. Her er internationale standarder en af forudsætningerne for validering af design og løsninger.

- I dag er de største vinger knap 90 meter, og vi har en vinge på 107 meter på vej. Størrelsen er den væsentligste udfordring pga. logistik, tests og håndtering af store værktøjer, forme og materialemængder. De fleste designelementer, materialer og løsninger er derfor løbende valideret i mindre vinger eller skalaforsøg og certificeret i henhold til gældende standarder, fortæller Søren Andersen, Director, Certification & Compliance Global Quality and HSE hos LM Wind Power.

Brud på vingestrukturen kan have fatale følger

Med vindmøller der har en samlet højde på op til 222 meter, eller 330 meter, som regeringen har lagt op til, kan der ske fatale fejl, hvis noget går galt såsom brud eller sammenbrud af den primære vingestruktur, eller at dele bliver adskilt fra hovedstrukturen. Men der kan også ske mindre alvorlige fejl som deformation, tab af stivhed i vingen og andre ændringer i vingens egenskaber. Her benyttes certificering efter standarder som dokumentation over for tredjepart for, at vingen eller vindmøllen ud over at være sikker også er pålidelig i drift.

- De nuværende standarder for design og tests sikrer i første omgang, at nye og uprøvede design bliver valideret til et vist niveau. Dernæst er det et vigtigt værktøj i forhold til at kvalificere design, møller og vinger til drift i definerede vindklimaer. Herved har bl.a. investorer muligheden for at sikre sig, at en vis designpålidelighed er indbygget. Og ved en tredjepart-certificering kan dette dokumenteres med reference til bestemte sikkerhedsniveauer og designstandarder, siger Søren Andersen.

Internationale eksperter definerer kravene

Den internationale standard, DS/EN 61400-23 for fuldskalaafprøvning af vindmøllevinger, er et af værktøjerne, som industrien kan benytte til at kvalificere sit design i forhold til både sikkerhed og drift, eftersom den er baseret på eksperters viden og best practices.

- Standarder er en måde at blive enige om, hvad der bl.a. er den bedste måde at teste på. I standarden for fuldskalaafprøvning af vindmøllevinger har man samlet eksperters viden og erfaring fra hele verden, som netop i kraft af deres professionelle virke ved, hvilke tests og skalaer der bør benyttes for at få en så realistiske tests som muligt. Standarder i det hele taget er derfor et godt udgangspunkt, når man fx skal designe og teste nye vinger, eller når der skal laves aftaler om nye vindmøller eller vindmølleparker, som skal leve op til særlige krav, siger Christine Weibøl Bertelsen, standardiseringskonsulent i Dansk Standard.

Tests skal bekræfte et acceptabelt sandsynlighedsniveau

Udfordringen med de store vinger er ikke kun tests, men også transport af dem. Bare det at transportere de store vinger frem til et testcenter er en udfordring i sig selv.

- Allerede ved vinger på 50-70 meter stiller det store krav til udstyret, når der skal udføres tests på en komplet vinge i fuld længde. Der findes ganske få laboratorier, der kan håndtere vinger i den størrelse. Og da vingerne typisk er designet til offshore brug og produceret nær kyster eller havne, er alene landtransporten til testlaboratorier langt fra kysten en udfordring. Ved vingelængder over 100 meter er man nødt til at overveje, om værdien ved fuldskalatests af en enkelt vinge kan retfærdiggøre omkostningerne, forklarer Søren Andersen.

Derfor kan man være nødt til at teste en mindre del af vingerne og derefter beregne sig frem til egenskaberne på vingen i fuld størrelse. Udfordringerne ved opskalering håndteres typisk ved skalaforsøg, herunder validering af produktionsprocesser ved hjælp af fremstilling af dele af en ny vinge – fx vingeroden og de første 20-30 meter.

Formålet med testene er at bekræfte, at hele populationen af en vingetype opfylder designantagelserne til et acceptabelt sandsynlighedsniveau. I standarden tages der højde for fire former for tests:

• Statiske belastningstests
• Udmattelsesbelastningstests
• Statiske belastningstests efter udmattelsesbelastningstests
• Tests, der bestemmer vingeegenskaber.

For at gøre det så realistisk som muligt og fx opdage mulige fejl i vingens udmattelsesformular er der bl.a. indført usikkerheder i udmattelsesbelastningstesten. Jo mere udmattelsesbelastningstesten accelereres, og antallet af vingens cyklusser bliver færre, des større usikkerhed er der forbundet med konverteringen mellem den oprindeligt beregnede udmattelsesbelastning og belastningen i udmattelsestesten.

Standarder revideres jævnligt for at følge med udviklingen

For at give værdi for industrien skal standarderne jævnligt revideres, så de følger med udviklingen, og revisionen af standarden, DS/EN 61400-23, er netop påbegyndt.

Alle interesserede, der arbejder og har viden inden for området, kan deltage i udviklingen af standarderne.

Vil du høre mere om det forestående arbejde, er du velkommen til at kontakte standardiseringskonsulent i Dansk Standard Christine Weibøl Bertelsen, cwb@ds.dk, 41218302.