Dichtungen in Windturbinen müssen teils mehr als 26 Jahre halten.
Bild: FST

Dichtungen in Windturbinen müssen teils mehr als 26 Jahre halten.
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Die wachsende Nachfrage nach Strom aus sauberen Energiequellen treibt die Installation neuer Offshore-Windturbinen auf der ganzen Welt voran. Windkraft ist eine wirtschaftlich günstige und reichlich vorhandene Ressource. Prognosen zufolge werden Offshore-Windturbinen eine installierte Gesamtleistung von 1.000 GW erreichen, und Windenergie soll bis 2050 35 Prozent des gesamten Weltenergiebedarfs decken. Da jedoch immer mehr Turbinen in Betrieb genommen werden, ergeben sich für Betreiber und Hersteller neue Herausforderungen.
„Zwei vorherrschende Trends der Branche sind die zunehmende Größe der Offshore-Windturbinen und ihre immer weiter von der Küste entfernten Standorte“, sagt Marcel Schreiner, Global Segment Director, Energy, Freudenberg Sealing Technologies. „Ingenieure sind daher gezwungen, Offshore-Systeme zu konstruieren, die rauen Umweltbedingungen standhalten, strukturell stabil bleiben und bei minimalem Wartungsaufwand über die gesamte Lebensdauer hinweg zuverlässig funktionieren. Freudenberg hat sein Know-how darauf ausgerichtet, diese Erwartungen und Anforderungen zu erfüllen.“

Leistungs- und Belastungsgrenzen aufeinander abstimmen

Offshorepark

Winkraftanlagen sind extremen Wetterbedingungen ausgesetzt und stellen hohe Anforderungen an die eingesetzten Werkstoffe. Bild: Rebel – Stock.Adobe.com

Die Lebensdauer einer durchschnittlichen Windturbine beträgt mehr als 26 Jahre – was dazu führen kann, dass Standardmaterialien und -komponenten über ihre Leistungsgrenze hinaus belastet werden. Bei der Monopile-Konstruktion beispielsweise müssen die MP/TP-Flanschdichtung (Monopile Transition Piece) und der Einlass für Hochspannungskabel fast drei Jahrzehnte lang unempfindlich gegen Feuchtigkeit und Korrosion sein. Um die Leistungsfähigkeit von Turbinendichtungen und -komponenten vorhersagen zu können, ist kontinuierliche Forschung, Entwicklung und Prüfung erforderlich.
Dichtungsexperten haben daher ein neues Prüfverfahren entwickelt. Damit lässt sich genau beurteilen, wie lange ein Material in aggressiven Offshore-Windumgebungen überlebt und wie es sich verhält. Durch die Bestimmung der Relaxationsraten eines Werkstoffs bei verschiedenen Temperaturen sind die Freudenberg-Spezialisten in der Lage, die gewonnenen Informationen in eine mathematische Kurve umzuwandeln, die für die Arrhenius-Extrapolation verwendet werden kann. Anhand dieser Methode lässt sich die Alterung von Elastomerwerkstoffen simulieren, um die Lebensdauer von Dichtungskomponenten zu bestimmen. Durch den Vergleich neuer Profile mit solchen, die unter den rauen Bedingungen von Offshore-Windkraftanlagen um 26 Jahre gealtert sind, konnte Freudenberg unter anderem robustere Lösungen für die MP/TP-Flanschdichtung und die Dichtungen am Einlass der Hochspannungskabel entwickeln.

Materiallösungen für Windturbinenkomponenten

Unter dem Label Ventoguard stellt das Unternehmen außerdem eine Familie einzigartiger Materialien bereit, die die Langlebigkeit und Leistung von Windturbinenkomponenten verbessern. Das Ventoguard-Portfolio umfasst Materiallösungen für ein breites Spektrum von Offshore-Windanwendungen. Die Dichtungen werden aus Nitril-Butadien-Kautschuk (NBR) hergestellt. Der synthetische Hochleistungskautschuk weist nicht nur eine hohe Beständigkeit gegenüber Fetten, Ölen und Kohlenwasserstoffen auf, sondern ist auch unempfindlich gegenüber Temperaturschwankungen, Wasser, Salz, Mörtel und Ozon. Hinzu kommen ein günstiges Alterungsverhalten und ein geringer Abrieb. In Kombination mit einer durchdachten Einzel- oder Doppeldichtungskonstruktion schneiden die Ventoguard-Werkstoffe besser ab als andere kommerzielle Alternativen. Die daraus resultierenden Dichtungen sind äußerst robust, verhindern das Eindringen von Salzwasser und beugen damit Funda-mentschäden vor.
Andere Windturbinenkomponenten, darunter weltweit zertifizierte Dichtungen und Druckspeicher, können Vorspannverluste reduzieren und Drücke von bis zu 350 Bar oder 5.000 psi aufnehmen. Damit tragen sie ebenfalls dazu bei, dass diese gigantischen Energiesysteme effizient arbeiten und weniger ungeplante Wartungsarbeiten anfallen.