Drohnen und KI-Technologie verändern den Betrieb in Offshore-Windparks

Mit KI ausgestattete Drohnen sind in der Lage, selbstständig zu operieren, geeignete Flugrouten zu finden und Hindernissen auszuweichen. Drohnen werden in Vattenfalls Offshore-Windparks für die Inspektion von Windturbinenblättern eingesetzt und für die Lieferung von Ersatzteilen getestet, während unbemannte Schiffe den Meeresboden untersuchen und die Fundamente unterhalb des Wasserspiegels inspizieren. Einige Drohnen werden dabei von einem Piloten in der Nähe gesteuert, andere wiederum von einer Fernleitstelle aus, die sich sogar in einem anderen Land befinden kann. 

Die von Inspektionsdrohnen gesammelten Daten und Bilder werden zusammengeführt und von Algorithmen analysiert, die auf Machine-Learning-Ansätzen beruhen, um Risse, Erosion, Verschmutzung und andere Anomalien zu erkennen. Die Daten werden in der Cloud gespeichert, nach Schweregrad kategorisiert und mit historischen Daten verglichen. Anschließend werden Berichte für die Instandhaltungsteams erstellt. Dies ermöglicht eine vorausschauende Instandhaltungsplanung, die hilft, größere Reparaturen zu verhindern. 

Erprobung von Drohnentechnologien

Vattenfall unterstützt die niederländische Initiative AIRTuB-ROMI mit technischem Know-how zur Verbesserung der Instandhaltung von Offshore-Windkraftanlagen durch In-Blade-Monitoring und Drohnen-Crawler. In diesem vom niederländischen Wirtschaftsministerium unterstützten Projekt, einer Kooperation zwischen Industrie und Universität, werden drei verschiedene Sensortechnologien in Turbinenblättern bewertet. 

Wenn die Sensoren eine Anomalie erkennen, helfen KI-Algorithmen bei der Vorhersage des potenziellen Schadens und wo sich dieser genau befindet. Automatisch wird ein Drohnen-Crawler von seiner Dockingstation im Offshore-Windpark losgeschickt, um eine weitere Inspektion durchzuführen. 

Tomas Jansen, Produktmanager O&M Automation bei Vattenfall Offshore Wind in Deutschland, erklärt: „Nach dem Start wird die Drohne selbständig hochauflösende Bilder der Blätter aus verschiedenen Blickwinkeln aufnehmen. Die Drohne landet dann auf dem Turbinenblatt und führt eine Ultraschalluntersuchung des potenziell beschädigten Bereichs durch, die uns umfassend über den strukturellen Zustand des Blattes informiert. Mit diesen detaillierten Informationen kann das Instandhaltungsteam eine Instandsetzung ganz nach Bedarf planen.“

Drohneneinsatz im Offshore Windpark, Foto: Ampelmann

Ersatzteillieferung

Dank fortschrittlicher Sensoren und KI-gestützter Software sind sichere Flüge von Frachtdrohnen in komplexen Offshore-Umgebungen möglich. Sie sind in der Lage, Hindernissen auszuweichen und sich an wechselnde Witterungsverhältnisse anzupassen. Sie können Materialien und Ausrüstungen von einem Serviceschiff (Service Operation Vessel, SOV) zu den Windturbinen transportieren, so dass weniger Fahrten anfallen. Der Einsatz eines unbemannten Luftfahrzeugs (Unmanned Air Vessel, UAV) beschleunigt den Materialtransport, spart Zeit und reduziert CO2-Emissionen, denn ein Crew Transfer Vessel (CTV) ist dann nicht mehr nötig. 

Diese Innovation wurde kürzlich in Vattenfalls Offshore-Windparks DanTysk und Sandbank in der deutschen Nordsee getestet. Im Rahmen einer Zusammenarbeit zwischen dem Offshore-Dienstleister Ampelmann, dem niederländischen Institut für angewandte wissenschaftliche Forschung TNO und Vattenfall wurde der Einsatz von Frachtdrohnen im Offshore-Bereich demonstriert. 

Roddy Douglas, Automation Engineer bei Vattenfall Offshore Wind in Großbritannien, war an dem Test beteiligt: „Zu den Innovationen, die wir vorgestellt haben, gehörten der Einsatz von UAVs für schnelle Anlieferungen und eine Bereitstellung von Ersatzteilen und Werkzeugen vorab in der Turbinengondel. Dies ist vor allem dann von Vorteil, wenn ein Teil unerwartet benötigt wird: Das Team vor Ort kann effizient arbeiten, ohne auf ein Schiff warten zu müssen, und Ausfallzeiten und Einnahmeverluste bei Windkraftanlagen werden auf ein Mindestmaß reduziert. An Standorten, die näher an der Küste liegen, kann der Transport direkt vom Servicezentrum aus erfolgen. Dort setzen Betreiber automatisierte Drohnen ein, um wichtige Fracht auch bei schwieriger Witterung zu liefern.“

Inspektionen und Vermessungen unter Wasser

Unbemannte Schiffe und ferngesteuerte Drohnen erhöhen die Sicherheit der Arbeiter bei Inspektionen auf See und sorgen für einen umweltfreundlichen Betrieb.

Bei den Montagearbeiten im Offshore-Windpark Hollandse Kust Zuid in der niederländischen Nordsee setzte Vattenfall das 12 Meter lange, unbemannte Überwasserschiff Blue Essence ein, das mit einem elektrisch ferngesteuerten Fahrzeug (eROV) für Inspektionen und die Kartierung des Meeresbodens ausgerüstet ist. Diese Innovation, die in enger Zusammenarbeit mit dem Partner Fugro entwickelt wurde, führt dazu, dass weniger oft Schiffe mit Besatzung eingesetzt werden müssen, sie beschleunigt die Inspektionen und minimiert die Umweltfolgen. Das unbemannte Schiff mit eROV verfügt über fortschrittliche Sensoren, Sonar und hochauflösende Kameras, die Echtzeitdaten über den Zustand von Kabeln und Fundamenten liefern. 

Sowohl das unbemannte Schiff als auch das eROV sind zum Einsatz rund um die Uhr in der Lage, sie halten Windgeschwindigkeiten von bis zu 38 Kilometern pro Stunde (Windstärke 5) stand und bewältigen Wellen von bis zu anderthalb Metern Höhe. Sie werden von der Leitstelle von Fugro im schottischen Aberdeen aus ferngesteuert. Je weiter Offshore-Windparks hinaus aufs Meer verlagert werden, desto mehr fallen die Vorteile ferngesteuerter Schiffe ins Gewicht. Die ersten Einsätze haben gezeigt, dass Schiffe ohne Besatzung im Vergleich zu herkömmlichen Vermessungsschiffen etwa 95 Prozent weniger CO₂ ausstoßen. Ihre kleinere Größe bedeutet zudem, dass sie weniger Auswirkungen auf das Meeresleben haben.

Fit für die Zukunft

Durch zukünftige Entwicklungen im Bereich der künstlichen Intelligenz werden sich die Fähigkeiten von Drohnen im Offshore-Betrieb signifikant verbessern. Mit fortschrittlicheren KI-Algorithmen könnten Drohnen noch autonomer agieren, unabhängige Entscheidungen bei komplexen Inspektionen treffen und Schäden frühzeitig ganz ohne menschliches Eingreifen erkennen.

„Mit KI ausgestattete Drohnen bieten das Potenzial, wertvolle Offshore-Arbeitszeit für anderes nutzen zu können. Ein wichtiger Vorteil, da es in der Offshore-Windindustrie an qualifizierten Technikern mangelt. Die Drohnen können beispielsweise regelmäßige Blitzschutztests in großen Windparks durchführen, was es Technikern erlaubt, sich auf die Lösung spezifischer Probleme zu konzentrieren, die von den Drohnen erkannt werden“, sagt Tomas Jansen.

Roddy Douglas betont die positiven Ergebnisse der Tests mit Frachtdrohnen und KI-Technologie in Offshore-Umgebungen: „Die Ergebnisse der jüngsten Demonstrationen in unseren Windparks geben einen Einblick in die Zukunft automatisierter und intelligenter Offshore-Transportlösungen, und weitere Tests sind bereits in Planung. Gemeinsam mit unseren Partnern arbeiten wir daran, weitere vielversprechende Entwicklungen zu erkunden, um die steigende Nachfrage nach Windenergie jetzt und in Zukunft zu decken.“