Luisteren naar schade aan windturbines

Het onderhoud en de inspectie van windturbines is complex en kostbaar, vooral bij offshore-installaties. Rotorbladen worden vaak preventief vervangen bij vermoedelijke schade, wat kosten kan veroorzaken van meer dan 200.000 euro per blad. Het Fraunhofer-instituut voor geïntegreerde schakelingen (IIS), in samenwerking met het Fraunhofer-instituut voor windenergiesystemen (IWES), heeft een geavanceerde oplossing ontwikkeld om scheuren en breuken in rotorbladen vroegtijdig en op afstand te detecteren.

Rotorbladen bestaan uit meerdere composietlagen, waardoor traditionele inspecties moeilijk zijn. Conventionele methoden zoals visuele controle, ultrasone inspectie of drone-gebaseerde beeldanalyse vereisen veel tijd en genereren grote hoeveelheden ruwe data die moeten worden verwerkt. Het nieuwe systeem maakt gebruik van structure-borne sound sensoren die akoestische emissies detecteren: trillingen en oppervlaktedrukgolven die ontstaan bij interne schade.

Het systeem werkt met een speciaal ontwikkelde integrale chip in de sensoren. De sensoren worden van binnenuit op de rotorbladen geplaatst en registreren oppervlaktedrukgolven die optreden bij scheuren, delaminaties of erosie van de composietlagen. De chip voert lokale signaalverwerking uit, waarbij alleen afwijkende patronen—indicatief voor schade—worden verzonden via mobiele netwerken. Dit minimaliseert het dataverkeer en elimineert de noodzaak voor een permanente breedbandverbinding.

Het detectieprincipe berust op geavanceerde algoritmen voor patroonherkenning en signaalfiltering. De chip onderscheidt tussen normale structurele trillingen veroorzaakt door windbelasting en akoestische emissies die wijzen op scheurvorming of breukontwikkeling. Hiermee wordt vroegtijdige waarschuwing mogelijk, zodat onderhoud gericht kan worden gepland.

Technische voordelen van deze aanpak zijn:

• Continue monitoring: de chip registreert permanent structurele veranderingen in het rotorblad en identificeert afwijkende akoestische signalen.
• Vroege detectie: het systeem kan onderscheid maken tussen micro-scheuren, progressieve delaminatie en volledige breuk.
• Optimalisatie van onderhoud: onnodige inspecties en preventieve vervanging van rotorbladen worden beperkt, vooral bij moeilijk toegankelijke offshore windparken.
• Energie-efficiëntie en dataslimheid: door het verzenden van enkel relevante afwijkingen wordt het systeem minder belastend voor netwerk en energieverbruik.

Het huidige project bouwt voort op eerdere prototypes en breidt de functionaliteit uit. Toekomstige versies zullen ook in staat zijn blikseminslagen en de resulterende schade te detecteren, een cruciale functie voor offshore windturbines die blootstaan aan extreme weersomstandigheden en hoge mechanische belastingen.

Door deze technologie kunnen windturbines betrouwbaarder en langer operationeel blijven, terwijl onderhoudskosten significant worden gereduceerd. De combinatie van lokale signaalverwerking, geavanceerde sensorchips en algoritmische analyse maakt een nieuwe generatie voorspellend onderhoud mogelijk, waarbij mechanische integriteit continu wordt gemonitord.

Björn Zeugmann, groepsmanager bij Fraunhofer IIS, benadrukt het innovatieve karakter: “Het systeem koppelt geavanceerde elektronica en realtime signaalanalyse aan praktische monitoring van rotorbladen. Hiermee kunnen we potentiële schade vroegtijdig identificeren en gerichte interventies uitvoeren, waardoor de beschikbaarheid en veiligheid van windturbines worden verhoogd.”