Windkraftanlagen: Drohnen schützen vor Vereisung
Windkraftanlagen können durch Vereisung zum Stillstand gezwungen werden. Um das zu vermeiden, tragen Drohnen einen Vereisungsschutz auf die Rotoren auf.
Drohnen sprühen in einem Test eine Beschichtungsflüssigkeit auf ein Rotorblatt.
(Bild: Fraunhofer IFAM)
In dem Projekt TURBO (Temporäre Beschichtung mittels Drohnen) haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM) sowie das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) gemeinsam ein System zur Vermeidung von Vereisung von Rotorblättern von Windkraftanlagen mittels entwickelt. Die Drohnen tragen bei dem Verfahren eine Beschichtung auf, die das Vereisen verhindert.
Vereiste Windkraftanlagen können für die Betreiber zu einem ernsten und vor allem teuren Problem werden. Die Anlagen müssen dann häufig abgeschaltet werden, um sie zu enteisen. Das bedeutet hohe materielle Verluste für die Betreiber durch den Ausfall der Stromproduktion. Zwar verfügen Windkraftanlagen häufig über Enteisungssysteme, wie etwa Heizmatten oder Pumpsysteme, die warme Luft in die Rotorblätter pumpen, allerdings sind diese Systeme sehr teuer. Das Gleiche trifft auf Enteisungsmaßnahmen per Hubschrauber zu, die ebenfalls angewendet werden können. Drohnen seien dagegen eine wirtschaftliche Alternative dazu.
Vereisungsschutz durch Beschichtung
Die Forschenden des Fraunhofer-Instituts haben deshalb eine spezielle Spritzvorrichtung für Drohnen sowie eine Beschichtungsflüssigkeit entwickelt, die die Anlagen über einen Zeitraum von mehreren Wochen vor Vereisung schützen können. Sie entwickelten dazu eine umweltverträgliche Beschichtungsflüssigkeit aus Harnstoff und Wachs, die über gute Haftungseigenschaften verfügt. Die Wirksamkeit testeten die Forscher in einer Enteisungskammer. Sie wiesen damit nach, dass die Beschichtung nach dem Auftragen vor Reifbildung schützt.
In einem zweiten Schritt bauten die Forscher ein Applikationsgerät, das die Beschichtungsflüssigkeit mit einer Pumpe durch eine Lanze mit einer 0,3 Millimeter dünnen Düse mit hohem Druck versprüht. Das System kommt dabei ohne zusätzliche Beimengung von Luft aus. Die Flüssigkeit lässt sich so punktgenau mit einer Tröpfchengröße von 100 Mikrometern Durchmesser und bei Windgeschwindigkeiten bis zu 35 km/h auf die Kanten der Rotorblätter auftragen. Dadurch sind sie vor Vereisung weitgehend geschützt. Die Dauer der Wirksamkeit hängt dabei von den Witterungsverhältnissen ab.
Die richtige Zusammensetzung der Flüssigkeit sowie das optimale Sprühsystem ermittelten die Fraunhofer-Forscher in Simulationen. So konnten sie den nötigen Druck, die Zerstäubung und Tröpfchengröße vorab ermitteln, um eine bestmögliche Haftung zu erzielen.
Die Wissenschaftler wollen das System nun mit Partnern aus der Industrie weiterentwickeln und zur Serienreife bringen. Die Anwendung der Technik beschränkt sich dabei nicht nur auf Windkraftanlagen. Sie kann auch etwa als Vereisungsschutz von Oberleitungen im Bahnverkehr eingesetzt werden. Darüber hinaus können die Drohnen mit modifiziertem Applikationsgerät und mit anderen Flüssigkeiten dazu eingesetzt werden, Gebäude zu sanieren oder defekten Verputz an schwierig zugänglichen Stellen wiederherzustellen.
(olb)