Robotergestützte Inspektion von Rotorblättern an Windkraftanlagen
Im Rahmen des europäischen Grünen Deals will die EU bis 2030 Treibhausgasemissionen um 55 % reduzieren. „Für das neue Ziel soll der künftige Anteil erneuerbarer Energien auf 40 bis 66 % und damit deutlich erhöht werden“, so Martin Bourton, Forscher am TWI. Wie Bourton erklärt, wird ein Großteil davon auf Windenergie entfallen, was jedoch nicht nur entsprechende Infrastruktur, sondern auch neue Inspektions- und Wartungstechnologien erfordert. „Voraussetzung für eine bessere Energieausbeute ist der effiziente Betrieb von Windkraftanlagen“, ergänzt er, „d. h. Steigerung der aerodynamischen Leistung ohne längere Ausfallzeiten, und dies beginnt mit effizienter Inspektion und Wartung.“ Unterstützt durch EU-Finanzmittel koordinierte Bourton die Entwicklung des robotergestützten Inspektionssystems SheaRIOS. Es ermöglicht ohne Betriebsunterbrechung die In-situ-Inspektion der Rotorblätter von Windkraftanlagen mittels hochmoderner Robotik und dem Mess- und Prüfverfahren Shearografie.
Wichtiges Bauteil, kostspielige Wartung
Der Schwerpunkt von SheaRIOS waren die Rotorblätter, da sie entscheidende, aber kostenaufwändige Komponenten von Windkraftanlagen und besonders schadensanfällig sind. „Rotorblätter müssen im Betrieb extrem stressresistent gegenüber vielfältigster dynamischer Belastung sein“, erklärt Bourton. „Hinzu kommen widrigste Witterungsbedingungen wie Temperaturschwankungen, Niederschläge und Blitzeinschlag, aber auch Verschleiß.“ All dies erhöht das Ausfallrisiko, was wiederum Schäden am Turm der Windkraftanlage selbst oder den Rotorblättern verursachen kann, was sich oft auf die aerodynamische Leistung und damit den Jahresertrag auswirkt. Entscheidend zur Vermeidung solcher Situationen sind Reparaturen oder das Auswechseln der Rotorblätter, bevor es zu einem Ausfall kommt. Dem müssen allerdings regelmäßige Inspektions- und Wartungsarbeiten vorausgehen, was leichter gesagt als getan ist. „Inspektionen sind gefährlich und gehen mit Unfallrisiken und sogar Lebensgefahr einher“, erläutert Bourton. Die Inspektion von Rotorblättern ist zudem teuer, und je größer die Anlagen und abgelegener die Standorte sind (etwa in Offshore-Windparks), desto teurer wird die Wartung. „Nur der möglichst unterbrechungsfreie Betrieb macht Windturbinen zu effizienten Stromproduzenten, und Inspektionen, Wartung oder Reparaturarbeiten sind ein klarer Kostenfaktor“, bemerkt Bourton.
Die Lösung: ein Inspektionsroboter
Laut Bourton räumt das von SheaRIOS entwickelte System diese Probleme aus. „Für die Inspektion erklimmt ein Kletterroboter den Turm der Windkraftanlage und setzt einen Raupenroboter auf die Rotorfläche“, erklärt er. „Dieser bewegt sich mit vakuumbetriebenen Raupenketten zum Messbereich auf dem Rotorblatt und führt dort mittels Shearographie die Inspektion durch.“ Die Fernsteuerung des SheaRIOS-Systems erfolgt über ein Versorgungskabel und eine Datenverbindung mit hoher Bandbreite vom Boden aus. Der Kletterroboter fungiert als Verteilungsknoten für die Stromversorgung und Kommunikation zwischen Raupenroboter und Inspektionseinheit. „Mit dem Roboter können Inspektionen nicht nur bei laufendem Betrieb, sondern auch regelmäßiger und kostengünstiger erfolgen“, so Bourton. „Vor allem aber steigt die Arbeitssicherheit, da nicht mehr Menschen auf den Turm klettern, sondern SheaRIOS-Roboter.“ Nach erfolgreicher Demonstration ist die Arbeitsgruppe nun auf der Suche nach externer Finanzierung für die Markteinführung von SheaRIOS.
Schlüsselbegriffe
SheaRIOS, europäischer Grüner Deal, Treibhausgasemissionen, erneuerbare Energien, Rotorblätter von Windkraftanlagen, Robotik, Infrastruktur, Windkraftanlagen, Inspektion, Wartung, fortschrittliche Robotik, Stromerzeugung
