ZF Wind Power beantwoordt de huidige en toekomstige groei in de offshore markt met de investering in een 15 MW end-of-line test rig voor complete aandrijflijnen. Vorig jaar maakte het bedrijf bekend te investeren in een 30 MW test rig voor haar Test & Prototype Center. Deze is momenteel in aanbouw en moet vanaf 2024 operationeel zijn.
De vraag naar windenergie neemt wereldwijd toe. Turbines worden groter en krachtiger. Als gevolg daarvan groeit de aandrijflijn – het hart van de turbine. Met de uitbreiding van het portfolio van ZF Wind Power van de seriële tandwielkast naar de seriële productie van de aandrijflijn, worden de productieprocessen aangepast en het end-of-line testproces geüpgraded.
Assemblage van de aandrijflijn
Terwijl de toeleveringsketen voor windenergie voor enorme uitdagingen staat, verbindt ZF zich ertoe om samen met zijn partners belangrijke stappen te zetten voor een duurzame toekomst. Een van deze stappen is de integratie van de assemblage van de aandrijflijn op werkvloerniveau. Het team gebruikt een geavanceerde softwaretool om een digital twin van de productiefaciliteit te bouwen alvorens de fabriek te bouwen en de assemblageprocessen in te stellen met maximaal gebruik van de beschikbare productiekennis. “Dit omvat alle noodzakelijke assemblage- en logistieke stappen die virtueel vooraf worden gedefinieerd, gecontroleerd in 3D, geoptimaliseerd en gevalideerd”, legt Felix Henseler, CEO van ZF Wind Power, uit.
Digital twin
De ontwikkeling door ZF van een digital twin voor toekomstige serieproductie zorgt voor een snelle, effectieve integratie in de bestaande productiefaciliteiten. “Hierbij wordt de huidige opzet volledig getransformeerd om toekomstige productportfolio’s, waaronder de V236-15.0 MW, te kunnen accommoderen”, zegt Henseler.
15 MW aandrijflijn
In het eerste kwartaal van 2024 zal de eerste in serie geproduceerde 15 MW aandrijflijn voor de offshore markt ZF Wind Power Lommel verlaten. Voordat deze aandrijflijnen naar de bestemming van de OEM worden verscheept, moet de systeemfunctionaliteit van de complete aandrijflijn (tandwielkast, generator en hoofdlagerassemblage) worden geverifieerd. “In een end-of-line testcyclus wordt de werking van het systeem onder belasting gecontroleerd, waarbij zowel de hydrauliek en de sensorverbindingen als de contactpatronen van de tandwielen worden getest, naast de controle van de smering, de temperatuur, de druk en de geluids- en trillingsniveaus”, legt Martin Knops, CTO van ZF Wind Power, uit.
End-of-line test rig
De end-of-line test rig voor ZF Wind Power zal in het najaar van 2023 door R&D Systems worden geleverd. R&D Test Systems, Deense leverancier van testsystemen voor windturbines, ontving deze vervolgorder van ZF Wind Power voor de ontwikkeling en levering van de nieuwe end-of-line test rig. “We zijn erg blij dat we dit aanvullende contract hebben gekregen en met ZF Wind Power mogen samenwerken aan twee van de krachtigste testbanken. Dit is een erkenning van onze competenties in het ontwikkelen van testsystemen voor het testen van offshore-windturbines met hoog vermogen, zowel op productie- als op prototypeniveau”, zegt Peter Ulrikkeholm, CEO van R&D Test Systems.
Complexiteit
De tandwielkast is een van de meest complexe onderdelen van een windturbine vanwege de vele dynamische subsystemen die op elkaar inwerken. De hele aandrijflijn vereist daarom een reeks laatste tests met hoge belasting voordat hij het veld in gaat. “Wij geloven dat deze testinstallatie, zodra hij operationeel is, de krachtigste end-of-line test rig in de windenergie-industrie zal zijn”, legt Peter Winther, Key Account Manager bij R&D Test Systems, uit.
Indrukwekkend koppel
De test rig voert zeer energiezuinige belastingstests uit, aangedreven door de 15 MW-generatoren van de aandrijflijnen, die een indrukwekkend koppel van 18 MNm leveren om de eenheid bij hoge belasting te testen. Deze eindtest garandeert dat de aandrijflijn en al zijn verbindingen naar behoren werken, zelfs wanneer ze aan alle natuurkrachten worden blootgesteld. “De end-of-line test rig vermindert de montagetijd met wel 90 procent, waardoor we twee aandrijflijnen per dag kunnen testen. Dit is een win-winsituatie voor ons en onze partner Vestas,” aldus Knops.
300 ton
De voor de testbank geselecteerde kraan kan tot 300 ton tillen en plaatst de offshore-aandrijflijnen nauwkeurig in de testbank, die zich op het hoogste punt zes meter boven de grond bevindt. Drie geautomatiseerde hydraulische systemen klemmen de aandrijflijn vervolgens vast met de link-arm-koppeling, waardoor de testmotor aan de aandrijflijn wordt gekoppeld.
Geautomatiseerd proces
“De montage van een aandrijflijn van deze omvang is tijdrovend omdat er letterlijk honderden verbindingen moeten worden gemaakt, zowel mechanische als hoog- en laagvermogen elektrische. Ons ontwerp omvat een compleet hoogspanningsaandrijfsysteem met een geautomatiseerde verbindingsoplossing die het installatieproces van de aandrijflijn zal optimaliseren. Ook het demonteren en loskoppelen van de geverifieerde eenheid zal profiteren van het geautomatiseerde proces. Dit bespaart handwerk en is een groot voordeel voor het testen aan het einde van de lijn wanneer de productiestroom van groot belang is. Het concept stelt ons in staat om twee eenheden per dag te testen”, zegt Winther.
Windenergiecapaciteit
Europa wil tegen 2030 minder afhankelijk worden van fossiele brandstoffen. WindEurope legt uit dat de EU tot 2030 jaarlijks gemiddeld 31 GW moet bouwen om op koers te blijven. In 2022 installeerde Europa 19 GW aan nieuwe windenergiecapaciteit, waarvan 2,5 GW op het net werd aangesloten via zeven offshore windparken. REPowerEU, het nieuwe energiebeleid van de EU, heeft de uitbreiding van windenergie op zee verdubbeld om het toekomstige energiesysteem van Europa van energie te voorzien.
15 MW aandrijflijn in serieproductie
Momenteel bedraagt de geïnstalleerde offshorecapaciteit in Europa 30,3 GW. Nu er nieuwe, krachtigere turbines op de markt komen, wordt verwacht dat het gemiddelde vermogen van de geïnstalleerde offshore-windturbines vanaf 2023 zal toenemen. “Nu de serieproductie van de 15 MW aandrijflijn in 2024 begint, kunnen wij onze partner ondersteunen bij de snelle oplevering van offshore windprojecten”, legt Felix Henseler uit. Dankzij de nauwe samenwerking met Vestas kunnen wij nu innovatieve aandrijflijnmodellen voor offshore-turbines produceren die tot 80 GWh/jaar kunnen produceren. Dat is het equivalent van het jaarlijkse elektriciteitsverbruik van 20.000 huishoudens. “Deze modellen zullen de verschuiving van klimaatschadelijke brandstoffen naar schone, hernieuwbare energie versnellen. Wij zijn er trots op samen met onze partners een duurzame toekomst mogelijk te maken”, besluit Henseler.
