Drohnen optimieren Reparaturarbeiten an Offshore-Windkraftanlagen
DLR und EnBW erproben den Einsatz von Drohnen zur Wartung von Offshore-Windkraftanlagen. Wie kann es funktionieren?
Die Wissenschaftler erforschen, wie der Rotorblattzustand bereits während des Anlagenbetriebs aufgenommen und bewertet werden kann.
Foto: PantherMedia / shkyo30
Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und das Energieunternehmen EnBW erproben gemeinsam den Einsatz von Drohnen zur Wartung von Offshore-Windkraftanlagen. In einer Mitteilung wurde darauf hingewiesen, dass die langen Anfahrtswege mit Schiffen oder der Transport per Helikopter die Instandhaltung und Reparatur dieser Anlagen erschwerten. Drohnen könnten in Zukunft verwendet werden, um Werkzeug, Material und auch Personal schneller und kostengünstiger zu den Windparks zu transportieren. Am Mittwoch und Donnerstag (19. und 20. Juni) treten mehrere internationale Drohnenunternehmen am Nationalen Erprobungszentrum für unbemannte Luftsysteme des DLR in Cochstedt (Sachsen-Anhalt) in einem Wettbewerb an, um ihre Technologie vorzustellen.
„Mit ferngesteuerten Drohnen und unbemannten, autonomen Luftfahrtsystemen bricht ein neues Flugzeitalter an“, zitiert die dpa die Staatssekretärin beim Bundesministerium für Digitales und Verkehr, Daniela Kluckert (FDP).
Ob beim Transport von Schwerlasten oder der Rettung von Menschen: Der Einsatz von Drohnen revolutioniert viele Bereiche. Laut EnBW und DLR sind bereits heute kleinere Drohnen in Offshore-Windparks im Einsatz, die mithilfe von Wärmebildkameras Schäden an Rotorblättern aufspüren können. Allerdings sind Reichweite und Nutzlast dieser Drohnen momentan noch begrenzt. In einem gemeinsamen Forschungsprojekt soll nun untersucht werden, welche Zukunftsperspektiven sich bieten. Denn um Schiffstransporte zu ersetzen, müssten die Drohnen Flüge von bis zu 100 Kilometern und Lasten von 200 Kilogramm bewältigen können.
Von einem Beispiel, wie die Drohnen bzw. unbemannte Flugsysteme eingesetzt werden können, haben wir bereits berichtet.
Unbemannte Flugsysteme sorgen für mehr Ertrag bei Windkraftanlagen
Noch im Jahr 2022 haben wir geschrieben, dass Wissenschaftler des Instituts für Messtechnik, Automatisierung und Qualitätswissenschaft (BIMAQ) an der Universität Bremen und der RWTH Aachen sowie deren Partner aus der Industrie an einem unbemannten Flugsystem arbeiten , das die voll automatisierte Inspektion dank neuster Technik ermöglicht. Das Flugsystem AutoFlow soll die Zeit, in der die Windkraftanlagen während der Inspektion stillstehen, deutlich reduzieren, weil dadurch keine Unterbrechung des Betriebes der Anlagen mehr notwendig ist. Und das heißt: Windenergieanlagen produzieren mehr Strom als bislang.
Nach Angaben der Stiftung Offshore Windenergie drehen sich in der deutschen Nord- und Ostsee aktuell ungefähr 1.500 Offshore-Windenergieanlagen, die dort Strom erzeugen. Es werden permanent weitere gebaut. Diese Anlagen auf dem Meer sind ständig den raueren Witterungsbedingungen ausgesetzt. Das heißt: Verschmutzungen, Beschädigungen oder geometrische Ungenauigkeiten an den Rotorblättern können zu einer erheblichen Ertragseinbuße führen. All das kann sich auf die Funktion der Anlagen auswirken.
Der Zustand der Rotorblatter ist für den Ertrag besonders ausschlaggebend
Wieviel Energie eine Anlage produzieren kann, hängt nicht nur von Wetterverhältnissen und der geographischen Lage der Windkraftanlagen ab. Vieles hängt vom Zustand der Rotorblätter ab. Denn werden diese Rotorblätter gewartet, muss die ganze Anlage stillstehen, bzw. außer Betrieb genommen werden. Nur so kann eine sorgfältige Zustandsbewertung erfolgen. „Das führt natürlich zu hohen Stillstandskosten bei der Wartung“, erklärt Friederike Jensen vom Bremer Institut für Messtechnik, Automatisierung und Qualitätswissenschaft (BIMAQ) an der Universität Bremen.
Die Wissenschaftler möchten mit diesem Projekt erforschen, wie der Rotorblattzustand bereits während des Anlagenbetriebs aufgenommen und bewertet werden kann.
Thermografische und laserbasierte Messungen durch Flugsystem AutoFlow
Das automatisierte Flugsystem für On- und Offshore-Messungen wird mit zahlreichen Sensoren ausgestattet und kann „on the fly“ sowohl thermografische als auch laserbasierte Messungen an Windenergieanlagen durchführen. Das Messsystem hat eine Thermografie-Kamera, eine visuelle Kamera und einen Laserscanner.
„Erstmals kommen nun mit zahlreichen Sensoren ausgestattete Flugsysteme zum Einsatz, die sowohl thermografische als auch laserbasierte Messungen durchführen können“, erklärt Jensen den neuen Ansatz. „Durch die Erfahrungen und Ergebnisse in diesem Projekt erhoffen wir uns nicht nur eine deutliche Einsparung der Wartungskosten für die Anlagenbetreiber, sondern auch eine höhere Betriebssicherheit – weil wir mögliche Schäden frühzeitig erkennen und beheben können“, fügte sie hinzu.
Übertragung der Daten in Echtzeit
Das unbemannte Flugsystem wird aus der Ferne gesteuert und kann die Messungen vollkommen automatisiert an nahegelegenen Windenergieanlagen durchführen. Eine besondere Herausforderung bei der Entwicklung des automatisierten Flugsystems seien nach Angaben von Tim Reuscher, Abteilungsleiter Mobilität am Institut für Regelungstechnik der RWTH Aachen, die rauen Umweltbedingungen im Offshore-Bereich. Die von den Flugsystemen gewonnenen Daten werden in Echtzeit übertragen und ausgewertet. So können die Verantwortlichen direkt vor Ort einen schnellen ersten Überblick über den Zustand der Anlage erhalten und eine Entscheidung treffen, welche Bereiche der Anlage gegebenfalls gesondert untersucht werden sollen.
Das Projekt wird mit 1,8 Millionen Euro gefördert
BIMAQ ist für die auf dem Flugsystem zu installierende Messtechnik verantwortlich.
Das Flugsystem und der Hangar müssen für raue Offshore-Bedingungen vor den Küsten geeignet sein. Für diese Entwicklungen ist die Copting GmbH zuständig. Für Software – die Oecon GmbH.
Das Flugsystem AutoFlow erfodert keine Unterbrechung des Betriebes der Anlagen für die Wartungsarbeiten.
Foto: Projekt AutoFlow
Das Institut für Regelungstechnik (IRT) der RWTH Aachen ist für die Entwicklung der Regelung des Flugsystems, dessen Flugbahnen und die Regelung der Messroutinen während des Flugs verantwortlich.
Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz hat das Projekt mit 1,8 Millionen Euro gefördert.
Die Stiftung Offshore Windenergie und der deutsche „WindGuard“ begleiten die Forscher hinsichtlich der Definition der (Mess-)Anforderungen sowie der Validierung des flugbasierten Messsystems.
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