Overslaan en naar de inhoud gaan

Lagere 'levelised cost of energy' voor windenergie in extreme omgevingen

Het OWI-Lab zet zijn labo voor klimaattesten, meetinstrumenten en tools voor data-analyse in bedrijven en onderzoeksinitiatieven wereldwijd te ondersteunen. Zo kunnen de essentiële R&D-datasets worden bereikt, die onderzoekers tot de nodige inzichten brengen op hun zoektocht naar verdere kostenreducties.

De levelised costs of energy (LCOE) of gemiddelde energiekosten voor windenergie-installaties daalt snel, maar windturbines die zich in de extreme omgeving van het hoge Noorden bevinden, op koude en ijzige locaties, of deze die blootstaan aan offshore omstandigheden, zijn nog altijd relatief nieuw. Deze installatie hebben nood aan verder onderzoek, om zo een beter begrip te verwerven van de omgeving waarin de machines moeten opereren, het effect ervan op de performantie en betrouwbaarheid van de turbine en de concepten in het licht van preventief of condition-based onderhoud en ter ondersteuning van beslissingen. Gezien het om afgelegen locaties gaat zijn topics als betrouwbaarheid en onderhoudsgemak essentieel. Voor klimaattesten van prototype systemen en componenten kunnen bedrijven rekenen op de klimaattestfaciliteit van het OWI-Lab in Antwerpen. Onderzoek ter plaatse via metingen wordt samen met partners uitgevoerd, met als voornaamste focus de offshore windinstallaties in de Belgische Noordzee.

"Het doel van de RD&I-activiteiten voor het OWI-Lab is duidelijk: maak windenergie goedkoper en beter betrouwbaar dankzij onderzoek."

Projecten in 2016

IBN Offshore Energy creëert een offshore energiecluster

Eind 2016 werd de uitrol van een Innovative Business Network (IBN) goedgekeurd, met Sirris, UGent, VUB en Agoria als partners en de steun van Vlaio. Het nieuwe initiatief werd opgezet om innovatie en R&D een boost te geven in de Vlaamse offshore energiewaardeketen. Offshore windenergie staat centraal in dit kader, maar ook golfslag- en getijdentoepassingen behoren tot de scope. Innovatieve businessnetwerken hebben tot doel de dynamica van innovatie te genereren binnen een groep van bedrijven. De intense samenwerking tussen hen en de onderzoeksgemeenschap kan het voor bedrijven mogelijk maken een concreet actieplan met toonbare economische toegevoegde waarde voor de deelnemende ondernemingen te implementeren.

Slimme en kosteneffectieve O&M voor offshore windparken

Het door Vlaio gesteunde traject OWOME – 'Offshore Wind O & M Excellence' – heeft als doel om het ontwikkelen en valideren van slimme en kosteneffectieve O&M-oplossingen te ondersteunen en mogelijk maken. Het project verleent bedrijven toegang tot offshore metingen en reële data, ontwikkelt een geïntegreerd dataplatform en ondersteunt bedrijven bij de ontwikkeling van slimme O&M-oplossingen. Als deel van dit project werden een reeks R&D-monitoringcampagnes opgezet met als industriële spelers als partners, om zo de creatie mogelijk te maken van die datasets die inzichten kunnen bieden voor oorzaakanalyse (RCA), schatting van de (resterende) levensduur en modelvalidatie. Het doel van deze metingen is de ontwikkeling van nieuwe, geavanceerde technieken voor condition monitoring en beslissingsondersteunende methoden die het mogelijk maken de werkings- en onderhoudskosten (operations & maintenance - O&M) verbonden aan offshore windenergie te verlagen. Deze kosten zijn immers nog altijd goed voor ca. een derde van de totale levensduurkosten in een offshore windturbinepark. Een deel van dit project is de momenteel lopende C-Power-meetcampagne, waarvan de eerste resultaten gepresenteerd werden op de Third International Conference on Substructures for UK Offshore Wind en een valorisatierapport uitgegeven werd.

Klimaattesten in Europa's grootste klimaattestkamer

Verschillende elektromechanische systemen die uitdagende en extreme klimatologische omstandigheden moeten doorstaan of hierin operatief blijven, werden in de loop van 2016 getest. De toepassingen die getest werden hadden niet alleen betrekking tot windenergie, maar ook andere sectoren maakten gebruik van de grote klimaatkamer om hun systemen te valideren of  te testen volgens vooropgestelde normen, met de bedoeling het product te certificeren voor gebruik in extreme klimaten. Nieuw sinds 2016 is de mogelijkheid om testobjecten te onderwerpen aan een ijslaagtest en de daar bijhorende invloeden te meten.

Inspiratiemomenten

OWI-Lab deelt zijn kennis en ervaring op internationaal niveau

OWI-Lab nam deel aan de WindEurope Summit 2016  in Hamburg met een bijdrage over windenergie in koude klimaten. WindEurope organiseert jaarlijks dit internationale event, dat uitgegroeid is tot een van de grootste conferenties rond windenergie ter wereld. Tijdens een van de thematische seminaries werd de presentatie 'Low temperature compliance testing of wind turbine applications for the ‘cold climate’ market' gegeven, waarin best case practices werden voorgesteld van bedrijven die gebruik maakten van onze klimaattestfaciliteit voor de optimalisatie en validatie van producten voor windturbineparken in koude klimaatzones. OWI-Lab maakt deel uit van de IEA Wind, Task 19 Wind Energy in Cold Climates-expertgroep, die de uitdagingen aangaat gelinkt aan koude en ijs op windturbines. Als onderdeel van deze internationale R&D-samenwerking  werden ook twee expert reports uitgegeven, waaraan het OWI-Lab meewerkte.

Enkele cases

Siemens test een 15 MVA-transformator in extreem koude omstandigheden

Tijdens de eerste helft van 2016 werd in de grote klimaatkamer van het OWI-Lab een klimatologisch testprogramma uitgevoerd op een Siemens 15 MVA-transformator.

De transformator van 15 ton werd op extreem koude temperatuuromstandigheden tot -50 °C getest, om zijn prestaties bij een koude start en het algemene gedrag bij werking in lage omgevingstemperaturen te valideren. Tijdens het vier weken durende testprogramma werden 85 sensorparameters gemeten, om zo de bedrijfszekere, veilige en optimale werking van dergelijke producten te vrijwaren in regio's als Canada, Rusland, China, Mongolië en Scandinavië, waar in de winter vriestemperaturen tot -40 °C of zelfs tot -50 °C kunnen worden opgetekend.

Vloeistofstroom

De transformator werd gevuld met een milieuvriendelijke, maar zeer viskeuze synthetische estervloeistof. De hoge viscositeit bij lage temperaturen belemmert een natuurlijke vloeistofstroom, wat een verandering van de thermische prestatie veroorzaakt. Dit is vooral relevant in geval van afkoeling door externe radiators, wat standaard is voor vermogenstransformators. De vloeistofstroom in de smalle radiatorleidingen is totaal verschillend van de stroom aan de tankwand, en nog meer in geval van hoge viscositeit.

Groot en gewichtig testobject

Omwille van de grote afmetingen en vooral het hoge gewicht van het testobject, had Siemens een partner nodig die over een grote klimaatkamer en de bijbehorende diensten beschikte om volledig functionele testen in koude klimatologische omstandigheden uit te voeren. Dee ingenieurs van het OWI-Lab voerden testen uit op het testobject, in nauwe samenwerking met de Oostenrijkse transformatorfabriek van Siemens in Linz, zodat iedere testsequentie die in het lab werd uitgevoerd, op afstand in deze kantoren kon worden opgevolgd.

Meer lezen ...

Middelgrote XANT-windturbine getest onder koude-klimaatomstandigheden 

Belgisch windturbinebouwer XANT liet lage-temperatuurtesten uitvoeren op zijn XANT M-21, een 100 kW-machine. Zo wil het bedrijf een veilige en betrouwbare werking garanderen in gebieden waar de temperatuur kan dalen tot -40 °C.

XANT is een spin-off van 3E, een van de stichtende leden van OWI-Lab, die middelgrote windturbines ontwikkelt en produceert. De geteste windturbine is bedoeld om energiebehoeften te vervullen van kleine ondernemingen en gemeenschappen op afgelegen locaties zonder verbinding met het elektriciteitsnet. De turbine is aangepast om te kunnen werken op locaties in koude kilimaatzones, een groeiende markt in de windenergiesector.

Monitoring en onderhoud onder barre omstandigheden

Lage temperaturen en ijzige omstandigheden tijdens de winterperiode brengen bijkomende uitdagingen voor het ontwerp van windturbines in het algemeen en het proces windturbineparken op te bouwen op zulke barre locaties. Onderhoudsbeurten bijvoorbeeld kunnen duur uitvallen of ze moeten uitgesteld worden door ontoegankelijkheid in het ergste geval, wat het geval kan zijn op afgelegen plaatsen zoals er bijvoorbeeld voorkomen in Alaska.

Aangepaste turbineonderdelen

De ontwikkelaars moeten dus rekening houden met bijkomende omgevingsfactoren, zoals ijsvorming op rotorbladen en sensoren. Ook andere materialen en smeermiddelen moeten worden ingezet en koude-startprocedures aangepast, om bijvoorbeeld geen draai- of kantelaandrijvingen te beschadigen. Ook andere onderdelen in de naaf, zoals de vermogenselektronica en pompen moeten gecontroleerd worden en hun werking gevalideerd voor dergelijke extreme omstandigheden op plaatsen in een koud klimaat. Om deze uitdagingen te kunnen het hoofd bieden, ontwikkelde het engineering team van XANT bepaalde veranderingen op maat van koude klimaten.

Extreem getest en goedgekeurd

Om deze ontwerpveranderingen te testen en valideren werd een koude-temperatuurtestcampagne opgezet in samenwerking het OWI-Lab, dat beschikt over een grote klimaattestkamer. Dankzij de grote afmetingen van deze kamer konden de volledige naaf van de windturbine en de vermogenselektronica-eenheid (die normaal gezien in een apart onder de windturbine wordt geïnstalleerd) geïnstalleerd en functioneel getest onder extreem lage temperaturen tot -40 °C. Verschillende opstart- en stopprocedures werden met succes gevalideerd, zo ook kanteloperaties tijdens een koude start. Ook de vermogenselektronica en sensoren doorstonden de testcampagne in de klimaatkamer.

Meer lezen ...

Hyundai en Cummins testen twee graafmachines tegelijk

Hyundai, specialist van machines voor de bouwsectoren gevestigd in Geel, wilde nieuwe, innovatieve opstartprocedures valideren in samenwerking met Cummins, zijn leverancier van aandrijflijnen. Ze deden hiervoor een beroep op het OWI-Lab dat over een grote klimaatkamer beschikt. De grootte van de klimaatkamer en de draagkracht van de vloer maakten het mogelijk twee identieke graafmachines simultaan te testen. Een dergelijke opstelling laat toe dat de specimen intensiever getest kunnen worden, er makkelijk een vergelijking kan gemaakt worden van de resultaten en afkoeltijden gehalveerd kunnen worden.
Deze mogelijkheid resulteert in intensieve, kwalitatieve en kortere testperiodes die uitermate kostenefficiënt zijn.