Det finns kunskapsluckor att fylla när det gäller mikroplaster från vindkraftsblad. Denna studie bidrar med ökad kunskap om mikroplaster från erosionsskador på vindkraftsblad. Metoden som använts består av datainsamling från bladreparationer och manuell granskning av bladskador via plattformen IRIS från Clobotics. Resultatet visar att vindparken Mörtjärnberget (MTB) eroderar i snitt cirka fem gram mikroplaster per turbin per år eller cirka 1,8 kilo för hela parken per år och totalt cirka 14 kilo sedan etableringen. Skadeläget för Mörttjärnberget visar på att det finns erosionsskador på alla turbiner. Kemikalierna som sprids och påverkar miljön finns i coatingen (topplacken) det handlar om methyl 1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl sebacate och bis (1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl) sebacate. Dessa kemikalier är väldigt skadliga för vattenlevande organismer med långvarig effekt. Totalt har parken på MTB släppt ut 4,56 kilogram coating som innehåller de miljöfarliga ämnena. En slutsats från denna rapport är att utsläppen av mikroplaster från Mörtjärnberget i form av erosionsskador är lägre än vad flera tillverkare och vinkraftsägare uppger. En annan slutsats är att om mikroplaster släpps ut vid reparationen av erosionsskador i form av slipdamm så kan dammet spridas i den lokala miljön. Den högsta koncentrationen vid markytan beräknas vara efter 300 meter respektive 500 meter i vindens riktning med en vindhastighet på en meter per sekund beroende på atmosfärisk stabilitet. Mikroplasterna från reparation av erosionsskador kan hamna i avrinningsområden med en ekologisk status som kan försämras av mikroplaster. / There are knowledge gaps to be filled regarding microplastics from windturbine blades, this study contributes with increased knowledge about microplastics from erosion damage. The method used consists of data collection from blade repairs and manual review of blade damage via the IRIS platform from Clobotics. The results show that the Mörtjärnberget wind farm erodes an average of about five grams of microplastics per turbine per year or about 1.8 kilograms for the entire park per year and a total of about 14 kilograms since it was built. The damage situation for Mörttjärnberget shows that erosion damage is present on all turbines and all turbines have at least one more serious erosion damage that reach the layer filler. The chemicals that spread and affect the environment are found in the coating (topcoat), it is about methyl 1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl sebacate and bis (1,2,2,6,6-pentamethyl-4- piperidyl) sebacate. These chemicals are very harmful to aquatic organisms with long-term effects. In total, the park at MTB has released 4.56 kilograms of coating that contains environmentally hazardous substances. One conclusion from this report is that the emissions of microplastics from the Mörtjärnberget in the form of erosion damage are lower than what several manufacturers and what is said in the media. Another conclusion is that if microplastics are released during the repair of erosion damage in the form of grinding dust, the dust can be spread in the local environment. The highest concentration at the ground surface should be after 300 meters and 500 meters respectively in the direction of the wind with a wind speed of one meter per second depending on atmospheric stability. The microplastics from the repair of erosion damage can end up in watersheds with an ecological status that canbe degraded by microplastics. / <p>2023-11-03</p>

Rapporten behandlar problemen med drift- och underhåll på vindkraftverk och hur man kan minska behovet av dessa genom övervakning av vindkraftverkens tillstånd. Målet med rapporten är att undersöka om det går att förutse när och hur ett vindkraftverk kommer behöva underhållas, samt beskriva de metoder som används för att förhindra slitage av turbinbladen. Forskningsfrågor som behandlas inkluderar tillståndsövervakning av vindturbiner och vilka metoder som används för att undvika slitage på turbinbladen. Arbetet kommer att utföras som en litteraturstudie eftersom det inte är möjligt med fältstudier av vindkraftverk. Viktiga frågor som besvaras är vilka faktorer som orsakar erosion och hur det leder till minskad effektivitet och produktionskapacitet hos vindkraftsparker. Vidare tas det upp hur underhåll utförs på vindkraftverken idag och hur det kan komma att ske i framtiden, med fokus på tillståndsövervakande system och olika skyddslösningar. Även skillnaden mellan landbaserad och havsbaserad vindkraft tas upp, samt olika stadier av erosionsutbredningen på turbinbladen och hur de påverkar energiproduktionen. Slutligen diskuteras olika lösningar för att minska sannolikheten för erosion, såsom att minska maxhastigheten under otjänligt väder. För havsbaserade vindkraftverk finns det svårigheter vad gäller byggande och underhåll, men fördelar som bättre vindförhållanden och möjlighet att bygga på djupare vatten. Flytande vindkraftverk används för att möjliggöra placering på djupare vatten och längre bort från land. Framtida vindkraftverk kommer ha större turbiner och högre torn, samtidigt som minskningar av energikostnaderna för både land- och havsbaserad vindkraft är trolig. SeaTwirl har en revolutionerande design där bladet roterar genom vertikalplanet, vilket minskar effekterna av erosionsbaserade skador som regndroppar och partiklar kan påföra. Dessa flytande vindkraftverk som är tänkta att placeras på havsytan har en relativt låg kostnad, lägre underhållsbehov och lägre materialåtgång, vilket gör dem konkurrenskraftiga. Framtida utveckling finns i form av exempelvis SR Energy som börjat dela ut "vindbonus" till de som bor nära vindkraftsparker. Ytterligare ett exempel är Modvion som använder trälaminat istället för stålkonstruktioner, vilket möjliggör enklare konstruktion, kräver färre inspektioner och material kan vid avveckling återanvändas vid husbyggen. / The report addresses the issues of operation and maintenance of wind turbines and how their need can be reduced through monitoring the condition of wind turbines. The aim of the report is to investigate whether it is possible to predict when and how a wind turbine will need to be maintained, as well as describe the methods used to prevent wear of the turbine blades. Research questions that are addressed include condition monitoring of wind turbines and the methods used to avoid wear on turbine blades. The work will be carried out as a literature study since it is not possible to do field studies of wind turbines. Important questions that are answered include what factors cause erosion and how it leads to reduced efficiency and production capacity of wind farms. Furthermore, it is discussed how maintenance is currently carried out on wind turbines and how it may be done in the future, with a focus on condition monitoring systems and various protective solutions. Also, the difference between land-based and offshore wind power is discussed, as well as different stages of blade erosion and how they affect energy production. Finally, different solutions to reduce the likelihood of erosion are discussed, such as reducing the maximum speed during inclement weather. For offshore wind turbines, there are difficulties with construction and maintenance, but advantages such as better wind conditions and the ability to build in deeper water. Floating wind turbines are used to enable placement in deeper water and farther from shore. Future wind turbines will have larger turbines and higher towers, while reducing energy costs for both land and offshore wind power is likely. SeaTwirl has a revolutionary design where the blade rotates through the vertical plane, which reduces the effects of erosion-based damage that raindrops and particles can cause. These floating wind turbines that are intended to be placed on the ocean surface have a relatively low cost, lower maintenance needs, and lower material consumption, making them competitive. Future developments include, for example, SR Energy, which has started to distribute "wind bonuses" to those who live near wind farms. Another example is Modvion, which uses wooden laminate instead of steel structures, enabling simpler construction, requiring fewer inspections, and allowing material reuse in building construction.

Bakgrunden till projektet är problem med kanterosion av turbinblad inom vindkraftverks- industrin. Det är ett fenomen som uppstår när turbinblad roterar i höga hastigheter och träffar partiklar, främst vattendroppar i regn. Denna erosion skadar turbinbladen, vilket både minskar vindkraftverkens effektivitet och sprider partiklar i den lokala miljön. För att både undersöka detta fenomen och ge möjlighet att utvärdera olika materials motståndskraft mot erosion ska en testrigg tas fram. Utöver detta ska testriggen även möjliggöra uppsamling av partiklar för vidare forskning kring deras effekt på miljön. Som utgångspunkt används en tribometer med rotationsmekanism från ett föregående maskinkonstruktionsprojekt på KTH. Ombyggnationen av denna avgränsas till att endast genomföras digitalt med hjälp av CAD för att hålla mängden arbete till en rimlig nivå. Förutom CAD har arbetet även inkluderat kravspecifikationer, beräkningar i MATLAB, FEA-analyser och kostnadskalkyler. Resultatet är en digitalt styrd testrigg med tillhörande komponentlista och instruktioner för tillverkning och genomförande. Inköpskostnad för ombyggnationen uppskattas till 28 000 kr. Riggen för en cylindrisk provbit genom ett artificiellt regn i hög hastighet, vilket resulterar i en accelererad nötningsprocess. Under testets gång dokumenteras erosionen visuellt med hjälp av en kamera och efter testet kan mängden förlorat material mätas i vikt och partiklar samlas upp. Flera andra parametrar dokumenteras automatiskt under testets gång för att ge en mer detaljerad bild av processen och data för undersökningar av repeterbarhet. Slutligen konstateras att testriggen uppnår alla krav ställda på den förutom att den inte har en nödbroms. Avsaknaden av nödbroms diskuteras och det leder till slutsatsen att testriggen, även utan nödbroms, är fullt fungerande, enkel och säker att använda. / The background for this project is a problem in the wind turbine industry, namely leading edge erosion of turbine blades. This occurs when wind turbine blades rotate at high speeds and collide with particles, mainly water drops in rain. This erosion damages the turbine blades, reducing the efficiency of the wind turbines and releasing particles into the local environment. To investigate this phenomenon and evaluate the durability of different materials, a test rig is to be developed. In addition, the test rig will enable the collection of particles to facilitate further research into their environmental impact. A tribometer with a rotation mechanism from a previous project at KTH serves as the starting point. The reconstruction of this tribometer is limited to a digital implementation using CAD to keep the amount of work at an appropriate level. In addition to CAD, the work has also included requirements specifications, calculations in MATLAB, FEA, and cost estimates. The result is a digitally controlled test rig with an accompanying component list and instructions for manufacturing and implementation. The estimated purchase cost for the reconstruction is 28,000 SEK. The rig tests a cylindrical sample by propelling it at high speed through artificial rain, resulting in an accelerated wear process. The erosion is visually documented using a camera during the test. Afterwards the amount of lost material can be measured by weight and the particles collected. Several other parameters are automatically recorded during the test to provide a more detailed picture of the process and data for investigations into repeatability. Finally, it is concluded that the test rig meets all its requirements except for the absence of an emergency brake. The absence of an emergency brake is discussed, leading to the conclusion that despite missing an emergency brake, the test rig is fully functional, easy to use, and safe.