De erosie van materialen die worden gebruikt in windturbinebladen door weersomstandigheden is een probleem dat geldt voor de hele windenergiesector. Het antiAGE-project van VTT vond met behulp van kunstmatige intelligentie en 3D-printen een functionele oplossing voor het materiële probleem.

De erosie van het materiaal van windturbineschoepen is een verrassend kostbaar probleem, die niemand eerder had kunnen oplossen.

"Het bladmateriaal erodeert door het effect van regen, hagelstenen en zandstof, wat de levensduur van windturbines aanzienlijk verkort. Versnelde vervanging van turbines wordt duur:tot 2 tot 4 procent van de waarde van alle windenergie gaat verloren als gevolg van dit probleem, ", zegt hoofdwetenschapper Anssi Laukkanen van VTT.

"Het is een klassiek probleem binnen deze specifieke industrie die miljarden euro's kost en extra kosten met zich meebrengt voor alle windenergie. Naarmate de windturbines groter worden en windparken onder steeds veeleisendere omstandigheden op zee worden geplaatst, het belang van het probleem wordt benadrukt", zegt Laukkanen.

Kunstmatige intelligentie (AI) vindt een optimale oplossing

In het antiAGE-project VTT heeft het materiële probleem gemodelleerd en virtueel opgelost. Dit is de eerste keer dat AI is gebruikt voor het ontwikkelen van een materiële oplossing op deze schaal.

In principe, het is mogelijk om een ​​onbeperkt aantal verschillende variaties te vinden voor het materiaal dat wordt gebruikt in windturbinebladen die zijn samengesteld uit dezelfde materiaalcomponenten maar enigszins van elkaar verschillen. Van al deze alternatieven men zou degene moeten vinden die het meest geschikt is voor dit specifieke doel en voldoet aan de operationele vereisten.

"Menselijke waarnemingsvaardigheden zijn onvoldoende om alle dimensies te visualiseren die verband houden met de optimalisatie van materiële oplossingen. AI, anderzijds, is in staat zeer gecompliceerde oorzaak-gevolg relaties te ontrafelen, het simuleren van oplossingen en het doorlopen van een oneindig aantal alternatieven om degene te vinden die het beste werkt in relatie tot de gestelde eisen", merkt Laukkanen op.

3D-printen zorgt voor flexibiliteit in de productie

In principe, met behulp van AI, het zou mogelijk zijn om voor elk onderdeel van een enkel product een materiaaloplossing op maat te vinden die geoptimaliseerd is voor een specifiek doel. Echter, fabricage van dergelijke zeer op maat gemaakte materialen zou moeilijk zijn als traditionele fabricagetechnieken zouden worden gebruikt.

3d printen, of additieve fabricage, biedt de mogelijkheid om zonder onredelijke kosten het gewenste materiaal in elke gewenste vorm te produceren. Als je het zo toepast, 3D-printen doet precies wat het moet doen.

Samenwerking met windturbinefabrikanten start volgend jaar

De resultaten van het antiAGE-project overtroffen de verwachtingen. Via een ontwerpproces met behulp van virtueel testen en machine learning, VTT was in staat om in minder dan een jaar een geoptimaliseerde oplossing te ontwikkelen voor een zeer moeilijk materiaalprobleem:een zeer duurzaam materiaal dat uithardt bij mechanische belasting.

"Toen we het nieuws over onze oplossing publiceerden, windturbinefabrikanten raakten er meteen in geïnteresseerd. We onderhandelen nu over details met commerciële operators, ", meldt Laukkanen.

VTT vraagt ​​ook aanvullende financiering aan voor het project, want ook in andere sectoren van de industrie zijn er tal van doelstellingen voor geoptimaliseerde materiaaloplossingen. Hoe complexer het product, hoe duurder het is om materialen te ontwikkelen die geschikt zijn voor een specifiek doel, en hoe moeilijker het in het algemeen is om materiële oplossingen te vinden die goed presteren. Met AI kunnen dergelijke problemen efficiënt worden aangepakt.