Sicherer und effizienter mit Drohnen

Die Entwicklung von Drohnen hat große Fortschritte gemacht. In Schweden wird ein komplettes Wasserkraftwerk kartiert und eine perfekte digitale Kopie erstellt.

Joakim Smedlund blickt in den steil aufragenden, schwarzen Schlund des Kraftwerkstunnels. Das Summen der Elektromotoren der Drohne wird immer leiser, je weiter sie sich auf ihrer Mission entfernt. Und schon bald ist das bläuliche Licht des eingebauten Laserscanners gar nicht mehr zu sehen. Das Steuergerät, das Smedlund in der Hand hält, ist außer Reichweite, und die Drohne und ihre Ausrüstung im Wert von rund 150.000 Euro sind in Dunkelheit getaucht. 

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„Wenn die Zeit vergeht und jeglicher Funkkontakt mit der Maschine abbricht, fragt man sich unweigerlich, ob wir einen Fehler gemacht haben und die Drohne irgendwo tief im Tunnel abgestürzt ist. Das kann länger als eine halbe Stunde dauern. Aber dann taucht sie wieder auf und man kann aufatmen“, berichtet Joakim Smedlund.  

Schwarzer Gürtel im Drohnenfliegen 

In den fast 10 Jahren, die Smedlund bei Vattenfall im Team für digitale Inspektionen der F&E-Abteilung mit Drohnen arbeitet, hat sich viel getan. 

„Für die ersten Modelle brauchte man zur Steuerung einen schwarzen Gürtel im Manövrieren, aber inzwischen hat sich die Technologie enorm weiterentwickelt“, führt er fort. 

Die modernsten Drohnen sind nicht nur in der Lage, Hindernissen auszuweichen, sie können auch selbstständig Gebiete erkunden – in diesem Fall einen langen Wasserkraftwerkstunnel, der einen Kilometer tief in den Berg hineinreicht. Der hochmoderne Laserscanner, mit dem die Drohne ausgestattet ist, wird sowohl zur Dokumentation der Umgebung als auch zur Navigation verwendet. Auf diese Weise kann die Drohne so lange auf Entdeckungsreise geschickt werden, wie der Akku hält – also über 30 Minuten – und dann wieder den Weg zurückfinden. 

Ein geometrischer Zwilling

Joakim Smedlund befindet sich gemeinsam mit dem Team im Wasserkraftwerk im nordschwedischen Juktan. Die Aufgabe besteht darin, alle Teile des Kraftwerks zu messen und zu scannen, um dann einen geometrischen digitalen Zwilling zu erstellen.  

Die Station Juktan soll neu gebaut werden. Das Projekt wird von dieser digitalen Geometrie nicht nur in der Entwicklungsphase stark profitieren, die Projektteilnehmer können das Kraftwerk auch jederzeit digital besichtigen. Ein digitaler geometrischer Zwilling des gesamten Kraftwerks kann auch während der gesamten Lebensdauer des Kraftwerks von Vorteil sein, da Veränderungen im Laufe der Zeit verfolgt und berücksichtigt werden können. Das digitale Modell besteht aus einer Punktwolke, die ähnlich wie die Straßenansichten von Google Maps navigiert werden kann, jedoch so präzise, dass sich jede Entfernung millimetergenau messen lässt.  

„Dies ist der Härtetest für die digitale Inspektionstechnologie. Wir haben alle technischen Systeme eingesetzt, die sich in den vergangenen Jahren als nützlich erwiesen haben, um die Anforderungen und Wünsche unserer Kundschaft im Bereich der Wasserkraft zu erfüllen. Der Schlüssel zum Erfolg liegt in der Kombination traditioneller Vermessungsmethoden mit neuen Verfahren, denn nur so lässt sich die erforderliche Genauigkeit erreichen“, sagt Anders Lindström, Leiter des digitalen Inspektionsteams, zu dem neben ihm auch Joakim und etwa zehn weitere Beschäftigte gehören.  

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Die Technologie ist zwar kostspielig, allerdings immer noch viel günstiger als die Alternative, Menschen in gefährliche Umgebungen zu schicken und Treppen und Gerüste zu bauen, um – wie in diesem Fall – einen Tunnel zu betreten und zu inspizieren. Das Gleiche gilt für Inspektionen anderer Anlagen, wie z. B. das Kesselinnere eines Fernwärmewerks oder unzugängliche Bereiche von Kernkraftwerken, wie sie in den vergangenen Jahren durchgeführt wurden. 

Großer Einsatzbereich 

Drohnen in jeglichen Formen sind ein immer häufigerer Anblick in Vattenfalls Geschäftstätigkeiten. Sie fliegen, schwimmen oder laufen, und dank ihrer Effizienz sind sie ein wichtiges Mittel, um den Wandel zur fossilfreien Energieerzeugung zu beschleunigen.  

Neben Inspektionen in schwer zugänglichen und gefährlichen Bereichen werden sie auch eingesetzt, um Lecks in Fernwärmenetzen aufzuspüren, Vogelscheuchen an Stromleitungen anzubringen und im Bereich der Windenergie überprüfen oder erneuern Reparaturroboter Turbinenblätter. 

In fünf Jahren werden wir mit Robotern arbeiten, mit denen wir sprechen und diskutieren können. Das ist ziemlich cool. 

Vor zehn Jahren lag der Schwerpunkt vor allem auf Flugdrohnen, aber heute werden viele verschiedene Drohnenarten eingesetzt, wie Unterwasserdrohnen und ROVs (ferngesteuerte Fahrzeuge).

In der Wasserkraft werden sie unter anderem zur Inspektion von Dammeis, Gittern, Luken und Einlässen eingesetzt und in der Offshore-Windenergie zur Untersuchung des Meeresbodens und vieles mehr. Im Kernkraftwerk Forsmark untersuchte ein ROV eine Nasszelle, ein Becken am Boden des Reaktorbehälters, um bestimmte Abmessungen im Zusammenhang mit der Neugestaltung eines Teils der Struktur zu überprüfen.  

„Drohnenhunde“ überwachen das Kernkraftwerk 

Ein weiteres konkretes Projekt im Zusammenhang mit dem Betrieb von Kernkraftwerken ist Spot, eine hundeähnliche Drohne, die bald zum Einsatz kommen wird, und zwar zunächst in einer Übungsanlage neben dem Kernkraftwerk Forsmark. 

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„Bald wird Spot im Inneren des Kernkraftwerks eingesetzt werden, zum Beispiel im Turbinenschutz oder in anderen radioaktiven Umgebungen. Dort kann er patrouillieren und geplante Runden gehen, Treppen hinauf- und hinuntergehen und die Informationen in Form von Videos, Bildern und Messungen an einen Kontrollraum übermitteln. Zwischen den Einsätzen lädt er seine Batterien in seiner strahlengeschützten Hütte wieder auf“, erklärt Anders Lindström.  

Sicherheit als Motor der Entwicklung

Die Hauptaufgabe des Digital Inspections Teams von Vattenfall besteht vor allem darin, Technologien auf dem Weltmarkt zu finden und diese auf ihre Tauglichkeit zu prüfen, um sie schließlich in den verschiedenen Betriebsbereichen zu implementieren. Das Team arbeitet bei Tests und Live-Einsätzen eng mit der Organisation vor Ort zusammen. 

„Ein wichtiger Faktor für die Einführung neuer Technologien ist die persönliche Sicherheit unserer Mitarbeiter und Auftragnehmer. Bei der Inspektion eines Wasserlaufs in einem Wasserkraftwerk kann es vorkommen, dass jemand 250 Meter in einen Schacht hinuntergezogen werden muss, um dort Fotos zu machen und eventuelle Schäden zu notieren. Beim Betreten eines Felsentunnels muss zunächst ein Sicherheitsteam entsandt werden, um sicherzustellen, dass keine losen Steine herunterfallen und jemanden verletzen könnten. Jetzt können wir eine Drohne für eine erste Bestandsaufnahme schicken, ohne dass jemand sein Leben riskieren muss“, sagt er.  

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Darüber hinaus werden Drohnen immer autonomer und können aus der Ferne gesteuert werden. Dieser Trend wird als Fernerkundung bezeichnet. Drone-in-a-box bezeichnet ein System, bei dem die Drohne beispielsweise in einem abgelegenen Kraftwerk eingesetzt wird. Dort führt sie selbstständig Scan-Runden durch und kehrt dann zum Aufladen in ihre Schutzbox zurück, um auf den nächsten Einsatz zu warten. Der Betreiber muss sich nicht einmal im gleichen Land befinden.  

„Gegenwärtig ist die rechtliche Seite eine Herausforderung, wenn es um das autonome Fliegen von Drohnen im Freien geht, aber wir arbeiten hart daran, diese Probleme zu lösen“, sagt Anders Lindström. 

Drohne_Digital Inspections Team Vattenfall.jpgVattenfall's Digital Inspections Team.

Intelligente Drohnen 

Darüber hinaus entwickelt sich die KI-Technologie rasant weiter. Viele von uns haben selbstlernende Systeme wie Chat GPT ausprobiert. KI wird bereits zum Trainieren von Robotersystemen eingesetzt, was laut Anders Lindström den Fortschritt im Bereich der Robotik exponentiell beschleunigt hat.  

„KI wird beim eigentlichen Lernen von Bewegungen eingesetzt, ermöglicht es den Systemen aber auch, ihre eigenen Schlüsse zu ziehen und auf dieser Grundlage rationale Entscheidungen zu treffen. In fünf Jahren werden wir mit Robotern arbeiten, mit denen wir sprechen und diskutieren können. Das ist ziemlich cool. Gleichzeitig sammeln all diese neuen Systeme und Technologien mehr Daten als je zuvor. Die heutigen Systeme haben Mühe, damit fertig zu werden und die Herausforderungen bei der Datenklassifizierung mit der wachsenden Datenmenge nehmen zu. Das bedeutet, dass unsere großen Herausforderungen in Zukunft auf der IT-Seite liegen werden“, sagt er. 

 

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