Vestas skifter teknologi på de 80 meter lange vinger

Selvom Vestas' 80 meter lange møllevinge ikke mere er verdens længste, så er en 80 meter lang vingeform altså imponerende stor, når man står og kigger fra den ene ende til den anden.

Og forestiller man sig, at en færdig vinge på 80 meter skal op at snurre på et måske 150 meter højt tårn - så kan det ikke undgå at svimle lidt for én.

Kigget blev en lille flok europæiske journalister til del for nylig ved et besøg på Vestas' bare halvandet år gamle udviklingscenter på Isle of Wight. Her arbejder man med afprøvning af nav, vingelejer og pitchsystemer samt med udvikling af vinger - heriblandt ikke mindst den nye 80 meter lange vinge til Vestas' kommende 8 MW offshore-mølle med navnet V164.

Centret på Isle of Wight råder over seks testbænke, hvor alle nye vingelejer bliver testet igennem. Illustration: Rick Tomlinson

Læs også: Her bygger Vestas vingerne til sin nye supermølle

En udviklingsproces, som ikke officielt har haft milepæle, men hvor det netop kom frem under besøget, at Vestas og Dong Energy har besluttet sig for at starte test af prototypen i 2. kvartal 2014 på Prøvestationen Østerild.

»Rart at vide, hvornår vi skal være færdige,« som én af medarbejderne udtrykte det.

Nordisk stil på britisk ø

Både vinge-udvikling og test af rotor, nav samt pitchsystem foregår i 170 meter lange haller - så der er lidt at vokse i, forklarer vinge-veteran og Vice President i Vestas Wind Capture Systems Rob Sauven. De to haller er bygget sammen med en meget nordisk udseende kontorbygning af træ og glas, hvor ingeniører og andre udviklere sidder.

I vingehallen arbejder det hvidklædte glasfibersjak fra forskellige Vestas-fabrikker verden over med at lægge baner af kulfiberforstærkede glasfibermåtter op i formen til vingens læside.

I første omgang arbejder de på en 32 meter lang version af 80 meter-vingen, som skal bruges til test af vingelejerne i hallen ved siden af.

»Den helt store proces-udfordring ved 80 meter-vingen er ikke længden, men godstykkelsen i roden, som er oppe på 100 mm. Her skal vi være helt sikre på, at alle lag bliver ordentligt gennemvædet af epoxyen,« forklarer Rob Sauven.

Lagene skal ligge meget præcist på de steder, hvor computerberegninger og -simuleringer har vist, at belastningerne på vingen er kraftigst. Derfor er der opsat laserkameraer med cirka halvanden meters mellemrum langs kanten af formen, som hele tiden kontrollerer, at hvert eneste lag bliver placeret korrekt med en tolerance på kun plus-minus 1 mm.

Skal-design mere økonomisk

Når fibre og kompositmaterialer er lagt korrekt op, dækkes formen til med en tæt måtte, og der skabes et vakuum, som suger epoxy ind gennem fibrene. Når fibrene er blevet helt gennemvædede, hæves temperaturen, og epoxyen hærdes. Når begge skaller er støbt, vippes de to skaller sammen og limes.

Aerodynamisk er vingeprofilet det samme, som anvendes på Vestas' V112 3 MW-mølle. Men det strukturelle design af V164-vingen er markant anderledes end det vingedesign, som Vestas har benyttet sig af i de senere år, hvor styrken sidder i en bærende glasfiberbjælke midt i vingen.

På 80 meter-vingerne har man valgt at lægge styrken i de to vinge-skaller forstærket med tre langsgående bærende spanter. Ifølge Alistair Tillmann, som er Senior Project Manager på netop V164, bunder beslutningen i økonomi:

»Bærebjælke-designet egner sig godt til masseproduktion, fordi det er relativt dyrt at etablere selve produktionsfaciliteterne. Med bærende skaller er investeringerne ikke så store og egner sig derfor til mindre serier,« siger han. Vestas har dog som nævnt brugt teknologien før på mindre vindmøllevinger.

Vingerod med 180 bolte

Alistair fortæller videre, at man fandt ud af, at den dimensionerende kraft på så stor en vinge ikke mere er vindpres på selve vingefladen, men kantvise belastninger på grund af vingens høje vægt på 33 ton.

Blandt andet derfor måtte man gentænke hele rodkonstruktionen og endte med at øge diameteren på vingeroden til 4, 6 meter og sætte ekstra bolte i - så man nu er oppe på at spænde vingen fast med ikke mindre end 180 bolte.

Ifølge Rob Sauven regner man med at kunne støbe den første fuldskala prototype-vinge på omkring otte uger, hvorefter den skal gennemgå alle mulige test i hallen ved siden af.

Tester alle nye vingelejer

I test-hallen gælder det - ud over selve vingekonstruktionerne - forcerede udmattelsestest af forskellige fabrikater af vingelejer, som er en del af vingepitchsystemet, der er drevet af hydraulik.

Her er seks testbænke, der via accelererede test på 12 måneder kan belaste lejerne svarende til 20 års drift. I praksis spændes en stump vinge op i lejet, der igen er fastgjort til navet, hvorefter vingen -reduceret til bærebjælken i vingen - rystes op og ned af en hydraulikcylinder.

»Vingelejer er så besværlige at skifte, at vi vil være sikre på, at de holder møllens levetid ud. Derfor er vi nødt til at teste hver eneste leje-fabrikat, hvis en af leverandørerne ændrer noget i designet,« forklarer Rob Sauven.

Han tilføjer, at man undervejs i testen blandt andet tager prøver af lejefedtet for at kunne følge aldringen af lejerne, ligesom man hver tredje måned skiller lejerne ad og kigger på slitagen.

I samme område vippes en 49 meter lang vinge op og ned og op og ned som led i en udmattelsestest. Og midt i det hele er svejsere ved at opbygge fundamentet til en ny test-bænk til vingelejerne til V164.
Nav, lejer og den 32 meter lange test-version af 80 meter-vingen skal op og testes igennem til februar, forventer Rob Sauven.

Bruger helst kendte teknologier

Senior Product Manager på V164-møllen Anders Bach Andersen er med på turen til Isle of Wight. Han forklarer, at netop udvikling af så lang en vinge, der kan holde til de meget store belastninger, er én af de store udfordringer ved 8 MW-møllen.

Også selve den mekaniske kraftoverførsel har krævet hovedbrud, hvor Vestas har valgt en ny kombination af en gearkasse med tre trin og en generator med 500 kg tunge permanente magneter, der har en relativt lav omdrejningshastighed - cirka 400 omdrejninger pr. minut:

»Sammen med drivtoget og vingerne er det mest innovative i V164 forståelsen af, at man skal se vindmølle, fundament, installation og infrastruktur under ét som ét samlet koncept, der skal give den lavest mulige pris pr. produceret kWh vindmøllestrøm,« siger han.

Han tilføjer, at Vestas netop har forsøgt at begrænse brugen af nye teknologier på V164, fordi man vil undgå de usikkerheder, der følger med.

Verdens længste vinge

Og så lige lidt om det, der aktuelt er verdens længste vinge - til de, der holdt ved så længe: En fynsk virksomhed, SSP Technology, afskibede 18. oktober 2012 en vinge på 83,5 meter fra Bremerhaven i Tyskland. Vingen skal til Sydkorea og anvendes i forbindelse med Samsungs 7 MW prototype-mølle.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Man kommer til at tænke på, at der et eller andet sted ligger en grænse for møllestørrelser, baseret på nogle absolutte fysiske barrierer, og at den første producent der kommer for tæt på loftet, risikerer at brænde fingrene og miste penge.

Jeg ved godt, at grænsen for møllestørrelse hidtil har bevæget sig opad, men et eller andet sted kommer loftet, førende til erkendelser, såsom at det trods alt er bedre at bygge to mindre møller end en stor.

Jeg ved også godt, at man siger, at eksempelvis bilproducenters udvikling af racerbiler, kan skubbe grænsen for det mulige, og spille tilbage med innovation, der gør almindelige personbiler bedre. Men alligevel - der er et loft, og den som først konstaterer hvor det er, ved banke hovedet ind i det, risikerer at miste penge.

Dette skal ikke opfattes som en kritik af Vestas - bl.a. fordi jeg ikke ved, om vindmølleindustrien set i det store perspektiv, såsom 50 år frem, er i nærheden af loftet i dag. Men jeg konstaterer bare, at loftet findes, og den der rammer det først, risikerer at miste en masse penge. I værste fald ved serieproduktion af rekordstore møller, der ikke holder.

Det er der jo ikke noget nyt i, men man føler sig alligevel foranlediget til at lufte det.

  • 0
  • 0

Interessant artikel. Undrer mig over hvorledes Vestas mon simulerer alle de tenkelige vinge og nav laster i den beskrevne test bænk. Det forekommer mig, at der kun testes for bøjning i navet som følge af 'vrikkende' bevægelser af vingen i én dimension. Hvad med de varierende laster i de øvrige dimensioner, som vinge/nav jo bliver udsat for i det virkelige liv? - og navnlig kombinationen af disse laster. Kan der gives en forklaring på hvordan det simuleres svarende til 20 års levetid? - og GODT NYTÅR til alle!

  • 0
  • 0

...hvor styrken sidder i en bærende glasfiberbjælke midt i vingen.

Hver hang jeg læser om denne hovedbjælke undrer jeg mig: Ideen med en hovedbjælke stammer sandsynligvis fra flyvinger, og der giver det god mening fordi en flyvinge i virkeligheden er en kompleks maskine med bevægelige manøvreflader, brændstoftanke o.a. For en møllevinge ville det måske bedre kunne betale sig at efterligne naturen, f.eks som en træstamme, eller endnu bedre som en knogle. En knogle består af forstærket naturpolymer arrangeret i en cellestruktur, med små, tætte celler ved overfladen hvor bøjningskræfterne er store, og i områder med store forskydningsbelastninger, f.eks ved bjælke-enden. Midten af knoglen er hul, eller har få, meget store celler. Sådan en vinge bliver selvfølgelig ikke helt nem at fabrikere, men jeg tror der ville være meget store vægtbesparelser. Hermed til fri afbenyttelse! :-) Lars

  • 0
  • 0

siemens har distanceret dem og efterladt vestas som lillebror

Naaahr - lige knapt.

Vestas omsætning var mere end dobbelt så stor som Siemens i 2011, og selvom Vestas havde underskud i 2011, og muligvis også i 2012, så har de stadig tjent dobbelt så mange penge som Siemens i de seneste 5 år.

Vi er dog ingenlunde uenige i at Vestas fejllæste markedet i 2008, og derfor begik en række beklageligt dyre fejlinvesteringer, der pt udmynter sig i underskud.

Vi kan så glæde os over at Siemens ikke begik samme fejl.

  • 0
  • 0

Glasfiber og andre kompositter er formidable til trækræfter, men knabt så gode til at håndtere trykkræfter når det gælder udmattelse. Der skal derfor kompenseres derfor med et større volumen, der koster penge og vægt

En møllevinge påvirkes jo to gange modsatrettet af tyngdekraften i hver omdrejning foruden at de nødvendige aerodynamiske kræfter som vingen omsætter til energi i møllen også skal indgå i vingens belastninger.

I de tidlige vingekonstruktioner løsnede fibrene sig om fatsgørelses boltene fra den epoxy, der skulle binde dem sammen, på grund af trykbelastninger. Jeg antager at det er derfor at der anvendes en hovedbjælke for at kompensere den slags problemer og at minimere trykkræftsproblemer

  • 0
  • 0

... I de tidlige vingekonstruktioner løsnede fibrene sig om fatsgørelses boltene fra den epoxy, der skulle binde dem sammen, på grund af trykbelastninger. Jeg antager at det er derfor at der anvendes en hovedbjælke for at kompensere den slags problemer og at minimere trykkræftsproblemer

@Bjarne Mønnike: Boltene ved vingeroden sidder så vidt jeg har forstået langs ydersiden af vingens profil ved roden. Overførslen af kræfterne fra hovedbjælken til boltekransen må udgøre en betydelig komplikation. Ved du hvordan det foregår, så man undgår trykspændingproblemer i hovedbjælken, som også er glasfiber?

  • 0
  • 0

Svaret er nej , beklager Lars

Men jeg gætterpå at hovedbjælken har en trykaflastende funktion

Jeg var tættere på vindmøller for 30-35 år siden hvor lederen af prøvestationen på Risø Helge Peteresen og hans efterfølger Per Lundsager diskuterede netop dette problem. Helge Petersen er ikke mere, Men Per Lundsager læser med her . Det kan være at han læser dette og svarer :o)

En ande person der lavede møllevinger dengang , Økær vinger, Erik Grove ,ved givet også en del om problematikken og han plejer at svare når man henvender sig til ham

  • 0
  • 0

Overførslen af kræfterne fra hovedbjælken til boltekransen må udgøre en betydelig komplikation.

I høj grad, man løser det ved at lave vingerode af meget tykt glasfiber så det kan fordele kræfterne til boltene. I en Vestas V90 vinge sider over 20% af massen i de første 3 meter

  • 0
  • 0

Det kan jo være, Bjarke Mønnike, at der her på tråden findes ingeniører med indblik som kan svare på mit spørgsmål. Det interessante er at høre hvorledes testbænken simulerer udmattelse svarende til udmattelse i vingens akse retning hhv. i vingeplanet. I det virkelige liv er vingens rotation alene under tyngdekraftens påvirkning jo en 'perfekt' udmattelses maskine; dertil kommer vind påvirkningens dynamiske laster. Det essentielle må jo være at simulere udmattelse af de samlede resulterende kombinerede spændinger i vingen - ikke kun et udpluk af dem.

  • 0
  • 0

I det virkelige liv er vingens rotation alene under tyngdekraftens påvirkning jo en 'perfekt' udmattelses maskine; dertil kommer vind påvirkningens dynamiske laster.

I de tests hvor der ikke benyttes en hel vinge, er det jo fortrinsvis vingerod og vingeleje der testes.

Lejet er ens hele vejen rundt, så man får ikke noget ud af at belaste det i flere forskellige vinkler. Da det er en accelereret test, er det smartere kun at teste i én vinkel, så belastningen koncentrerer sig om samme sted på lejet, og så beregne hvor meget levetid den koncentrerede belastning svarer til.

Det samme gør sig gældende for vingeroden, som også er ens hele vejen rundt, bortset fra at den har to limninger, 180 grader overfor hinanden. Det vil derfor være hensigtsmæssigt at dreje roden til den svageste vinkel ift limninger og belastning.

Roden bliver sandsynligvis mindst belastet vinkelret på limfladen, da det svarer til at vingen er pitchet helt op i vinden, og rotoren ikke roterer.

  • 0
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten