Lichtgewicht textielbekleding voor rotorbladen van windturbines

Windturbines bestaan uit een rotor met verschillende aerodynamische rotorbladen die uit een naaf steken die verbonden is met een draaibare as. De rotor is in de wind gericht zodat wanneer lucht over de bladen van de windturbine stroomt, er een liftkracht op elk blad wordt uitgeoefend, waardoor de rotor en de as draaien en een generator elektriciteit produceert.

Het vermogen van een windturbine is direct afhankelijk van het effectieve oppervlak van de bladen dat in contact staat met de luchtstroom. Windturbines met langere rotorbladen genereren dus meer vermogen. Naarmate het rotorblad echter groter wordt, neemt ook het gewicht toe. Het is noodzakelijk om rotorbladen te ontwikkelen die gemaakt zijn van lichtere materialen die toch sterk genoeg zijn om de krachten te weerstaan die op een rotorblad worden uitgeoefend. Dit geldt met name voor de ontwikkeling van de grote, lichtgewicht rotorbladen die nodig zijn voor de meest geavanceerde windturbines van 10 tot 20 MW.

Gelamineerde stoffen die gebruikt worden om rotorbladen te bedekken zijn licht, maar niet erg UV-bestendig, dus is er een extra UV-beschermingslaag nodig om de stof te beschermen tegen UV-schade. Dit verhoogt het gewicht van de bekleding. Bovendien zijn deze materialen duur en hebben ze een beperkte rek, wat nadelig is voor het uitrekken van de bekleding op de steunelementen. Vanwege de beperkte rek voordat de bekleding breekt, wordt aanbevolen om een gaas aan de bekleding toe te voegen om de bekleding voldoende sterkte te geven. Dit is nog een extra laag die het gewicht van de bekleding verhoogt. Er is een coating op de bekleding aangebracht om de bekleding te beschermen en voor een lage luchtdoorlatendheid te zorgen. Het nadeel van een dergelijke coating is dat deze niet goed hecht aan de andere lagen van het gelamineerde weefsel, waardoor de coating voortijdig al zijn goede eigenschappen verliest.

De huidige uitvinding is erop gericht om ten minste enkele van de bovenstaande problemen of nadelen op te lossen.

De door Concordia Textiles ontwikkelde textielbekleding heeft een beperkt gewicht van maximaal 800 g/m2, waardoor het uitermate geschikt is voor rotorbladen van windturbines. Daarnaast heeft de bekleding een breukrek van minimaal 20% in zowel schering- als inslagrichting, waardoor de bekleding strak over de dragende elementen van een rotorblad kan worden gespannen zonder dat de bekleding scheurt. De bekleding bevat verder een beschermende toplaag die op het weefsel van de bekleding is gelamineerd. De folie beschermt het weefsel en zorgt voor een lage luchtdoorlaatbaarheid van de bekleding. Doordat de folie gelamineerd is, hecht de folie zeer sterk aan het weefsel, waardoor de bekleding haar goede eigenschappen zeer lang behoudt.

Brandvertragende polyester inslag- en kettingdraden zijn voordelig omdat polyestergarens een hoge breukrek hebben, waardoor het weefsel strak over de steunelementen van een rotorblad kan worden gespannen zonder dat het weefsel scheurt en zonder dat er een gaas nodig is. Dit vermindert het gewicht van de bekleding van het rotorblad. Polyester garens hebben een aanzienlijke weerstand tegen UV-licht, wat in combinatie met de beschermende toplaag voldoende weerstand tegen UV-licht garandeert en het niet nodig is om een extra UV-beschermingslaag aan te brengen. Dit vermindert het gewicht van de bekleding van een rotorblad nog verder. Ten slotte zijn polyester garens goedkoop, wat de materiaalkosten van een rotorblad sterk vermindert.

Dit gebruik resulteert in een rotorblad met een zeer laag gewicht en met goede eigenschappen die lang behouden blijven. Het zeer lage gewicht van de bekleding maakt grotere rotorbladen mogelijk, wat leidt tot een hoger rendement.

De uitvinding betreft een bekleding voor rotorbladen, bestaande uit een weefsel en een beschermende toplaag.

Het weefsel bestaat uit inslag- en kettingdraden. De inslag- en kettingdraden worden bij voorkeur gekozen uit een groep para-aramiden, zoals Kevlar® en Twaron®, meta-aramiden, zoals Nomex® en Teijinconex®, en polyestergarens. Deze garens hebben een gemiddelde tot hoge treksterkte per oppervlakte-eenheid, een laag soortelijk gewicht, een aanzienlijke weerstand tegen UV-licht, een zeer goede slijtvastheid en een goede tot zeer goede weerstand tegen zeewater. Dit maakt deze garens geschikt voor gebruik in rotorbladbekledingen, zelfs voor windturbines op zee.

Het weefsel heeft twee tegenover elkaar liggende zijden. De beschermende toplaag vormt een buitenste laag van de bekleding. De beschermende toplaag wordt aangebracht op een of beide tegenover elkaar liggende zijden van het weefsel. Bij voorkeur wordt de beschermende toplaag op slechts één zijde van het doek aangebracht. Dit is voordelig om het gewicht van de bekleding te beperken. Het zal de vakman duidelijk zijn dat bij een bekleding met een beschermende toplaag die slechts op één zijde van het weefsel is aangebracht, de zijde met de beschermende toplaag een buitenkant van het rotorblad vormt.

De beschermende toplaag beschermt de bekleding en in het bijzonder het weefsel tegen externe omstandigheden, zoals weersomstandigheden, UV-licht, chemische reacties, enz. De beschermende toplaag is voordelig voor het behoud van goede eigenschappen van de bekleding, waardoor de levensduur van de bekleding en dus van een rotorblad wordt verlengd.

De beschermende toplaag is een film. Naast het beschermen van de bekleding en in het bijzonder het weefsel, is een film ook voordelig voor een lage luchtdoorlaatbaarheid van de bekleding, wat resulteert in een hogere efficiëntie bij het omzetten van luchtstromen in energie. De beschermende toplaag is gelamineerd op de stof. Een gelamineerde folie is bijzonder voordelig in vergelijking met een beschermende coating als beschermende toplaag, omdat de folie een zeer goede hechting heeft aan het doek, wat resulteert in een hoge weerstand tegen erosie van de beschermende toplaag onder invloed van regenval. Dit verlengt de levensduur van de bekleding in vergelijking met het gebruik van een coating als beschermende toplaag. De folie is bij voorkeur van een materiaal uit de groep thermoplastisch polyurethaan (TPU), zoals Elastollan®, ethyleen-tetrafluorethyleen (ETFE), zoals Tefzel®, Fluon® en Neoflon®, en polyvinylfluoride (PVF), zoals Tedlar®.