Sprøytelakkering og droner kan forhindre iskast fra vindturbiner

Fuktig luft og lave temperaturer er en farlig kombinasjon nær vindturbiner. Det dannes is på turbinbladene, denne isdannelsen har minst tre uheldige konsekvenser.

Selv tynne islag fører til ubalanse i systemet, som igjen øker faren for skader og gir større reparasjons- og vedlikeholdskostnader for operatøren.

Under ugunstige forhold må turbinene stanses, som gir tapte inntekter. Den siste, og mest alvorlige konsekvensen er faren for iskast. Vindturbiner kan slynge ut isklumper på opp mot 15 kg.

Enorme tap

Svikt i inntekter fra tapt produksjon når isfare fører til at vindturbinene må stå i ro, er store. Nøyaktig hvor store har det ikke lyktes TU å få oversikt over, men et grovt anslag sier minimum 200.000 kroner per turbin per år.

– Kanskje mer. Da har jeg regnet med en turbin med gjennomsnittlig størrelse i en norsk vindpark, og at isdannelse gir tre prosent tapt produksjon, med en pris på 50 øre for hver kilowattime, sier prosjektleder Daniel Flo, i Stormvind, et konsulentselskap innen vindkraft.

Han legger til at prisen fort blir høyere enn 50 øre vinterstid.

I dag tilbyr turbinleverandørene systemer for å hindre isdannelse. Disse bruker oppvarming, og er svært kostbare. Flo sier at prisen er så høy at de færreste innstallerer slike anlegg i norske vindparker.

Det betyr at våre 1.392 vindturbiner taper strømproduksjon for 278 millioner kroner i løpet av et år. Kostnadene til å håndtere isdannelsen er da ikke tatt med.

Kan kaste is 400 meter

For mennesker regner man at en anslagsenergi som er 40 joule eller mer er farlig. Det betyr at isklumper helt ned mot 100 gram kan gi alvorlig skade. Dette sa Øyvind Byrkjedal i Norconsult til TU i 2020.

NVE har gjort beregninger der de 18 vindmøllene i Tonstad i Sirdal kommune kan kaste isklumper 406,5 meter.

Nå kan isproblemet gå mot en løsning. Bak ligger kompetanse fra automatisert industriell sprøytelakkering, avanserte og nøyaktige droner og en blanding av urea, tidligere kalt urinstoff, og voks.

Sprøyter på tynt sjikt

Forskere ved Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung og Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung har sammen utviklet en løsning der et tynt sjikt sprøytes på bladene - et sjikt som hindrer isdannelse.

Den første utfordringen de stod overfor var å utviklet en middel som ikke var miljøskadelig, og som hefter skikkelig til bladene, og blir sittende i flere uker. Resultatet ble en blanding av urea, også kalt urinstoff, og voks. Blandingen som er utviklet skal ha god vedheft, og være motstandsdyktig mot sprekkdannelser og avflassing.

Påføringen skjer ved hjelp av droner, utstyrt med komponenter fra industriell lakkering. Med høyt trykk pumpes blandingen gjennom en lang og tynn lanse. Ytterst er det en dyse med 0,3mm åpning. Systemet pumper blandingen ut helt uten luft, og gjør det mulig å sprøyte ut små dråper med en diameter på kun 0,1 mm. Systemet skal kunne brukes i vindhastigheter opp til 9,7 m/s, det tilsvarer frisk bris som går fra 8 til 10,7 m/s.

Industrialisering og produksjon

I en artikkel på Fraunhofers nettsider sier Dr. Oliver Tiedje at de har vært avhengige av å oppnå høy nøyaktighet blant annet fordi det er svært viktig å få dekket kantene på rotorblandene med det tynne sjiktet av voks og urea.

– Årelang erfaring fra modellering av lakkeringsprosesser har hjulpet oss til å oppnå effektiv forstøvning og optimal dråpestørrelse, sier Tiedje.

Fraunhoferinstituttet skriver på sine nettsider at resultatene nå er så gode, og kommet så langt, at neste skritt er å gå sammen med industrielle partnere og utvikle et produkt som kan serieproduseres. I prosjektet, kalt Turbo, er det med 19 selskaper innen lakkering, råmaterialer, droneprodusenter og vindkraftselskaper.

Vindkraft i Norge

I proposisjonen om grunnrenteskatt på vindkraft viser regjeringen til tall fra NVE og skriver at det i april i år var 65 vindkraftanlegg på land i Norge med til sammen 1.392 vindturbiner. Installert effekt var 5.083 MW, og normal årsproduksjon ligger på 16,9 TWh, som tilsvarer 11 prosent av vår totale strømproduksjon.