Stalen rotorbladen voor windturbines zijn goedkoper te produceren en het recyclingpercentage is afhankelijk van het soort materiaal ruim 90%. De bij de zeer grote rotorbladen vaak gebruikte vezelversterkte kunststoffen zijn nauwelijks te recyclen. Het Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU in Chemnitz (D) ontwikkelde een stalen rotorblad met geïntegreerde versterkingshoeken.
Windturbines leveren milieuvriendelijke energie aan de netwerken. Het belangrijkste deel van de grote rotorbladen bestaat vanwege het gewicht uit vezelversterkte kunststoffen. Deze materialen zijn momenteel nog nauwelijks te recyclen en hergebruik is erg duur. Onderzoekers van het Fraunhofer IWU in Chemnitz gebruiken daarom metaal als materiaal voor de rotorbladen en vooral staal voor kleine installaties. Het hoge gewicht van stalen bladen is hierbij nog niet relevant en kan bij grotere installaties worden vervangen door lichtmetaal.
In het project ‘HyBlade’ ontwikkelen ze samen met hun collega’s van de vrije Universiteit Brussel de overeenkomstige aerodynamica en de procesketen voor de productie. De productie van bladen van staal biedt talrijke voordelen: “De windturbines worden hierdoor ecologischer, omdat staal voor meer dan 90% kan worden gerecycled. De windkracht wordt met metalen rotorbladen echt milieuvriendelijk”, aldus Marco Pröhl, wetenschapper bij het IWU. “Bovendien daalt de prijs voor de rotorbladen in de serieproductie tot 90% vergeleken met dergelijke van vezel versterkte kunststof gemaakte bladen. Ook zijn de bladen nauwkeuriger te produceren”.
Een ander voordeel is de snellere productie. Als men het proces parallelliseert, dan wordt onmiddellijk een nieuw stuk plaat in de productielijn geschoven als het blad de eerste productiestap achter zich heeft en dan komt elke 30 seconden een compleet rotorblad van de band. Bij vezelversterkte kunststoffen duurt dit proces meestal meerdere uren.
Geschikt voor massaproductie
De oorzaak van dit verschil ligt in de productieprocessen. Bij bladen van vezel versterkte kunststoffen is vaak veel handarbeid nodig. Eerst moet een passende vorm voor het blad worden aangemaakt. Afhankelijk van de productievariant leggen de arbeiders vezelmatten in deze vorm, injecteren hars en laten het onderdeel een aantal uren in de oven uitharden. Op deze manier krijgen ze twee halve schalen, waarvan ze de randen eerst op maat snijden en daarna op elkaar verlijmen. Deze stappen kunnen net als bij de productie van metaal gelijktijdig worden uitgevoerd, maar er verandert niets aan de grote hoeveelheid benodigde tijd. Men zou tientallen gelijklopende installaties nodig hebben, als men de bladen net zo snel wil produceren als die van metaal.
De productie van metalen rotoren kan ook goed worden geautomatiseerd, want de processen lijken op die in de automobielindustrie. Ze zijn daarom geschikt voor serieproductie. Uitgangsmateriaal is een vlakke staalplaat. De onderzoekers maken er een hoek aan met behulp van een buigmal, zodat deze de specifieke rotorvorm krijgt. De randen worden gelast met een laser, waardoor een gesloten profiel ontstaat. Deze basisvorm leggen ze in een mal met de uiteindelijke vorm, pompen in het inwendige een mengsel van water en olie en zetten dit onder indruk van meer dan duizend bar. Dat komt overeen met de druk van duizenden meters waterkolom.
Tot op 0,1 mm nauwkeurig
De vleugel wordt in principe opgeblazen en krijgt zo zijn definitieve vorm. “Omdat we het blad van binnenuit naar buiten vervormen, kunnen we alle onnauwkeurigheden uit vorige stappen compenseren. De geometrie is bij de eerste productiestap al perfect. De bladen vertonen het in de mal gefreesde stromingsprofiel tot op 0,1 mm nauwkeurig”, verduidelijkt Pröhl.
De onderzoekers hebben al een blad van 15 cm breed en 30 cm lang geproduceerd. Hiermee optimaliseren zij de diverse productiestappen. In een volgende stap willen ze nu een complete rotor produceren voor een windturbine met een verticale as en bladen met een lengte van 2,8 m en een diameter van 2 m. De installatie moet aan de Belgische kust tonen wat hij kan op een testveld voor kleine windturbines.
