Automatisierte Windkraftanlagenwartung bietet Vorteile
Die Rotorblätter von Windkraftanlagen sind während ihrer gesamten Lebensdauer rauen Umgebungsbedingungen ausgesetzt, was Defekte wie Risse, Delaminationen, Schlagschäden, Ablösungen und Erosion an der Vorderkante entstehen lässt. Eine große Herausforderung besteht darin, dass sich viele dieser Schäden unter der Rotorblattoberfläche entwickeln und durch konventionelle Sichtprüfungen oder Drohnenuntersuchungen nicht zuverlässig erkennbar sind. „Die Instandhaltung ist zudem arbeitsintensiv, kostspielig und erfordert oft, dass technisches Personal in Höhen arbeiten muss“, erläutert Nuno Rego, Projektmitglied von Romain(öffnet in neuem Fenster) bei EDP Group in Portugal(öffnet in neuem Fenster). „Ausfallzeiten während der Reparaturen können erhebliche Produktionsausfälle und erhöhte Betriebskosten für die Windparkbetreiber bedeuten.“
Robotergestützte Inspektion von Windkraftanlagen-Rotorblättern
Das Gesamtziel des EU-finanzierten Projekts Romain bestand darin, ein robotergestütztes Wartungssystem zu entwickeln und zu validieren, mit dem Windkraftanlagen-Rotorblätter direkt vor Ort inspiziert und repariert werden können. Zu diesem Zweck kamen im Rahmen des Projekts Fachleute aus den Bereichen Robotik, Windkraftanlagenbetrieb, zerstörungsfreie Prüfung, künstliche Intelligenz (KI) und Reparaturtechnologien für Verbundwerkstoffe zusammen. „Die Arbeit wurde in mehreren Phasen durchgeführt“, erklärt Rego. „Zuerst entwickelten wir eine Robotikplattform, die in der Lage ist, auf die Rotorblätter von Windkraftanlagen zu klettern und sich dort zu positionieren. Außerdem erschufen wir ein hochmodernes Prüfsystem zur Erkennung versteckter Defekte.“ Anschließend erarbeitete das Projektteam KI-Algorithmen zur automatisierten Fehlererkennung und zur Auswertung von Inspektionsdaten, und es wurden Roboter-Reparaturtechnologien konzipiert. Dazu zählten das automatisierte Anbringen von Flicken sowie fortgeschritten, auf Schweißverfahren basierende Reparaturkonzepte. „Wir integrierten die wichtigsten Teilsysteme in eine einzelne Roboter-Wartungsplattform“, fügt Rego hinzu. „Diese wurden in Laboren und an speziellen Testanlagen an Aerones-Standorten in Riga, Lettland, erprobt, wo eine spezielle Testumgebung für Rotorblätter eingerichtet wurde.“
Erkennung und Reparatur von unter der Oberfläche versteckten Defekten
Anschließend wurden Feldversuche durchgeführt, um den gesamten Prozess von der Inspektion bis zur Reparatur unter realen Betriebsbedingungen zu validieren. Diese fanden in den von EDP Renewables betriebenen Windparks La Cabaña und El Gramal in Spanien statt. Diese Versuche ergaben, dass der Roboter in der Lage ist, sich Zugang zu den Rotorblättern der Turbine zu verschaffen, diese zu prüfen und mithilfe einer KI-basierten Analyse lokale Defekte zu erkennen. Es konnten mit Erfolg Reparaturen an in Betrieb befindlichen Windkraftanlagen ausgeführt werden. „Ein besonders wichtiges Ergebnis war der erfolgreiche Einsatz der Shearografie (eines laserbasierten Messverfahrens) zum Nachweis versteckter unter der Oberfläche liegender Schäden, die mit konventionellen Prüfverfahren nicht sichtbar waren“, merkt Rego an. „Diese bestätigten sich Monate später im Rahmen von Nachuntersuchungen.“
Erfolgreicher Einsatz in Windparks
Im Zuge von Romain konnte nachgewiesen werden, dass die robotergestützte Wartung von Rotorblättern technisch realisierbar und erfolgreich in in Betrieb befindlichen Windparks einsetzbar ist. Die nächsten Schritte umfassen die weitere Verbesserung der Leistungsfähigkeit der KI-basierten Fehlererkennung und der Verarbeitungsgeschwindigkeit sowie die Verfeinerung des Reparatursystems, um ein breiteres Spektrum an Defektarten abdecken zu können. „Außerdem planen wir, weitere Instandhaltungsarbeiten wie die Oberflächenvorbereitung und -behandlung einzubeziehen“, berichtet Rego. „In der Zwischenzeit werden wir die Technologie gemeinsam mit Windparkbetreibern weiter validieren und über unsere Projektpartner, darunter Aerones, Tecnalia, Front Technologies und EDP, die kommerziellen Möglichkeiten ausloten.“ Tatsächlich ist das Projektteam davon überzeugt, dass die Innovation ein großes Industriepotenzial in sich birgt. Eine technisch-wirtschaftliche Analyse ergab, dass die robotergestützte Wartung dazu beiträgt, die Betriebskosten zu senken, die Anzahl der im Rahmen einer Wartungskampagne durchgeführten Reparaturen zu erhöhen und wetterbedingte Verzögerungen zu verringern. Auf diese Weise hofft das Team des Projekts Romain, das zukünftige Wachstum des europäischen Sektors der erneuerbaren Energie zu unterstützen.
