Dato: 2006-12-18 PSO-F&U Slutrapport 1. Projekttitel Elektriske Udladningers interaktion med Vindmøllevingematerialer specielt i relation til lynbeskyttelse. 2. Projektidentifikation PSO projekt nr. 4517 3. Projektperiode (dato,år) 1. marts, 2003 14. marts, 2006 4. Projektansvarlig virksomhed 5. Rapporteringsperiode Ørsted-DTU, Sektion for Elteknik Hele projektperioden 6. Den underskriftansvarliges underskrift Dato:.. Navn: Inst.leder Prof. Erik Bruun Underskrift: Dato:.. Navn: Lektor Joachim Holbøll Underskrift: Side 1 af 5
7. Konklusion for projektet (faglig statusrapport vedlagt som bilag) Formål Formålet med projektet var at tilvejebringe det elektrofysiske grundlag for design af lynbeskyttelsessystemer til vindmøllevinger, baseret på teoretisk/eksperimentel undersøgelse af udladningsprocesser på fiberforstærkede plastmaterialer og deres modstandsdygtighed overfor elektriske påvirkninger. Resultaterne skulle kunne anvendes f.eks. i forbindelse med kravspecifikation i udbud og som grundlag for bedømmelse af tilbudte lynbeskyttelsessystemer til både hav- og landbaseret vindmøller. Resultaterne skulle desuden anvendes som grundlag for standardisering vedr. anvendelse af fiberforstærkede plastmaterialer i højspændingssystemer og navnlig i forbindelse med lynbeskyttelse af vindmøller. Opnået Som det fremgår af efterfølgende dokumentation og den vedlagte faglige rapport er projektets målsætning blevet opfyldt til fulde ved at der opnået teoretiske og eksperimentelle resultater som direkte har kunnet implementeres til gavn for hele branchen. Der er opbygget en ekspertise som også i fremtiden står til rådighed for producenter og brugere. Derudover er der blevet etableret og udbygget et velfungerende netværk mellem mølleproducenter, brugere, DTU og relaterede virksomheder indenfor lynbeskyttelse af vindmøllevinger. Udnyttelse Mange af projektets resultater og erfaringer er p.t. ved at blive implementeret i en kommende IEC standard med betydelig dansk deltagelse. Resultater vil generelt finde anvendelse IEC, TC81 (Lynbeskyttelse ) og TC88 (Elproducerende Vindmøller), hvor der i høj grad er behov for at få beskrevet pålidelige metoder til kravspecificering for lynbeskyttelse af vindemøllevinger, som kan anvendes i forbindelse med elselskabernes udbud af vindmølleprojekter. Projektets resultater vil finde generelt finde anvendelse inden for design- og dimensioneringsgrundlag for højspændingstekniske komponenter af glasfiber. Et konkret eksempel herpå er et nystartet Ph.D. projekt mellem Energinet.dk og DTU om kompositbaserede transmissionledningssystemer (fra 2007). Her udnyttes den vidensopbygning som har fundet sted under projektet med hensyn til fiberforstærkede materialer i elektrotekniske anvendelser, et område som uden tvivl vil være yderst aktuelt også i fremtiden. Samarbejdet mellem de danske vindmølleproducenter/brugerne og DTU fortsætter på mange niveauer. 2 af 5
Formidling: Følgegruppen - Under hele projektet har formidlingen til interessenter udover de deltagende parter været væsentligt. Her skal især fremhæves de 4 følgeruppemøder, hvor repræsentanter fra hele målgruppen inkl. alle danske vindmølleproducenter deltog med i snit 40 deltagere per møde. Efter en forsigtig start lykkedes det at motivere de væsentlige spillerere til at dele viden og erfaringer til gavn for hele branchen. Mange af producenterne har desuden direkte bidraget til projektet ved at specialfremstille testemner og ved at stille vingedele til rådighed for realistiske, delvis destruktive tests. - Ved det afsluttende møde i april 2006 deltog 8 udenlandske kollegaer og A. Plumer fra Lightning Technologies, USA, den absolut førende ekspert på området var invited speaker. Publikationer: Projektets resultater er blevet publiceret i ikke mindre end 9 konferencepapers, en række interne præsentationer og selve ph.d.-afhandlingen. Det skal fremhæves at Søren Find Madsen har givet en række fremragende mundtlige præsentationer i udlandet og har således været en glimrende ambassadør for den danske ekspertise på området. Ph.D. Afhandling. Ph.D.-afhandlingen er blevet gennemgået, de sidste rettelser er fortaget og trykningen er igangsat således at et eksemplar vil blive sendt til energinet.dk, samarbejdspartnere og deltagerne i følgegruppen i januar 2007. Eksamensrapporter I tilknytning til og til gavn for projektet er der på DTU blevet gennemført en række eksamensprojekter og specialkurser hvor Søren Find Madsen har fungeret som medvejleder. Faglig konklusion Lynbeskyttelse af vindmøllevinger er essentiel til sikring af pålidelig drift af store møller, især i forbindelse med off-shore parker. I projektet fokuseres på de parametre som i vingespidsområdet er afgørende for den højst mulige beskyttelsesgrad af vingerne. Undersøgt er den grundlæggende teori omkring lynpåvirkninger af kompositbaserede strukturer og hvilke beskyttelsesmetoder man hidtil har anvendt. Disse principper afhænger af vingematerialet og i afhandlingen sættes der fokus på glasfiberforstærkede polymerer, dog under hensyntagen til de særlige forhold som gælder kulfiberforstærkede kompositter. 3 af 5
Teoretiske modeller præsenteres af de elektriske forhold omkring enkelte møller og vindmølleparker. Resultaterne er baseret på numeriske simuleringer og danner baggrund for en vurdering af risiko for lynnedslag i møllens forskellige komponenter. De faktiske udladningskarakteristika omkring testemner, modeller og hele vinger blev undersøgt ved elektro-optiske laboratorietests i både det synlige som det ultraviolette spektrum. Indflydelsen af ydre forhold som påtrykt feltretning, dvs. vingens vinkel i forhold til lynpåvirkningen og faktorer som fugt og forurening er blevet undersøgt. Udgangspunkt var anvendelse af eksisterende teststandarder, som dog viste sig at være utilstrækkelige. I afhandlingen præsenteres og diskuteres supplerende og modificerede metoder. Til vurdering af lynpåvirkningens skadevirkning er der gennemført tests til bestemmelse af materialers elektriske gennemslagsfeltstyrke og deres modstandsdygtighed overfor overfladeudladninger. Der blev lagt vægt på testemners simple, og dermed økonomiske udformning og en ny testmetode blev udviklet til netop dette formål. Desuden er det lykkedes at opstille en enkel sammenhæng mellem gennemslagsfeltstyrke og modstandsdygtighed overfor udladninger, hvilket gør det muligt at teste et stort antal emner til optimering af materialekombinationen inden det endelige materialevalg til vingeproduktion træffes. Udover den mere videnskabelige del af projektet er der blevet udarbejdet en række rekommandationer til producenter og brugere, som giver et forbedret beslutningsgrundlag ved vurdering af vindmøllevingers lynbeskyttelse. 8. Organisatorisk Samarbejdet mellem de deltagende parter i styregruppen forløb fuldt tilfredsstillende med gensidig inspiration og udbytte. 4 af 5
9. Økonomi Som det fremgår af vedlagte regnskab er det realiserede beløb kr. 259579.85 mindre end det budgetterede, heraf 122784.59 i PSO-tilskud. Grunden hertil er at de planlagte full-size tests på hele vinger kunne reduceres til undersøgelser af få karakteristiske emner, da et af projektets vigtigste resultater netop er forslag til mindre omkostningstunge tip-tests som alternativ til full-size tests. 10. Projektomkostninger for indeværende periode og slutsaldo Totale projektomkostninger HerafPSOtilskud Lønomkostninger Overhead Rejser og ophold (specifikation vedlægges som bilag) Eksterne ydelser (specifikation vedlægges som bilag) Apparater, udstyr, materialer (specifikation vedlægges som bilag) Andet (specifikation vedlægges som bilag) a. Samlede faktiske omkostninger i perioden 215745.88 119937.91 65140.33 28694.12 2431.48 31745.29 550788.05 29988.05 8342.48 8342.48 51380.10 51380.10 893828.31 270087.96 b. Eventuelle indtægter og restanlægsværdi 0 0 c. Periodens reelle udgifter (= a-b) 893828.31 270087.96 d. Tidligere akkumuleret hhv. udbetalt i alt 4108591.84 2570127.45 e. Akkumulerede omkostninger (= c+d) 5002420.15 2840215.41 f. Kontraktsum 5262000.00 2963000.00 g. Restbeløb / Resttilsagn (= f-e) 259579.85 122784.59 Forbeholdt tilskudsgivende virksomhed Side 5 af 5