Zautomatyzowana konserwacja turbin wiatrowych i jej korzyści
Łopaty turbin wiatrowych są narażone przez cały okres eksploatacji na oddziaływanie trudnych warunków środowiskowych, co prowadzi do powstawania uszkodzeń - pęknięć, rozwarstwień, uszkodzeń spowodowanych zderzeniami, odspojeń oraz erozji krawędzi natarcia. Istotnym problemem jest to, że wiele z tych uszkodzeń powstaje pod powierzchnią łopaty, co uniemożliwia ich niezawodne wykrywanie w ramach kontroli wizualnych i badań z wykorzystaniem dronów. „Konserwacja jest również pracochłonna, kosztowna, a ponadto często wymaga zaangażowania techników pracujących na wysokości”, wyjaśnia Nuno Rego, członek zespołu projektu Romain(odnośnik otworzy się w nowym oknie) z ramienia spółki EDP Group w Portugalii(odnośnik otworzy się w nowym oknie). „Przestoje związane z naprawami mogą skutkować znacznymi stratami produkcyjnymi i wzrostem kosztów eksploatacji ponoszonych przez właścicieli elektrowni wiatrowych”.
Roboty kontrolują łopaty turbin wiatrowych
Celem finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu Romain było opracowanie i zweryfikowanie działania zrobotyzowanego systemu konserwacji pozwalającego na kontrolę i naprawę łopat turbin wiatrowych w terenie. Aby to osiągnąć, zespół zgromadził ekspertów zajmujących się robotyką, eksploatacją turbin wiatrowych, nieniszczącymi badaniami, sztuczną inteligencją oraz technologiami napraw materiałów kompozytowych. „Prace przebiegały w kilku etapach”, wyjaśnia Rego. „Najpierw opracowaliśmy robota zdolnego do wspinania się i pozycjonowania na łopatach turbin wiatrowych. Opracowaliśmy również zaawansowany system kontroli łopat pozwalający na wykrywanie niewidocznych uszkodzeń”. Następnie zespół opracował algorytmy sztucznej inteligencji pozwalające na automatyzację wykrywania usterek i interpretacji danych z kontroli, a także zaprojektował technologie napraw z wykorzystaniem robotów. Obejmowały one zautomatyzowane nakładanie łat oraz zaawansowane naprawy oparte na spawaniu. „Połączyliśmy następnie najważniejsze układy w ogólną robotyczną platformę konserwacyjną”, dodaje Rego. „Przeprowadziliśmy testy rozwiązań w laboratoriach i specjalnych ośrodkach badawczych w zakładach spółki Aerones w Rydze na Łotwie, gdzie powstało specjalne środowisko testowe umożliwiające testy rozwiązania na łopatach”.
Wykrywanie i naprawa niewidocznych defektów
Zespół przeprowadził następnie próby terenowe w celu zweryfikowania skuteczności całego procesu, począwszy od kontroli, a kończąc na naprawie w rzeczywistych warunkach eksploatacyjnych. Testy zostały przeprowadzone w ramach elektrowni wiatrowych La Cabaña i El Gramal w Hiszpanii, którymi zarządza spółka EDP Renewables. Testy dowiodły, że robot jest w stanie dostać się na łopaty turbin w celu przeprowadzenia ich kontroli oraz wskazania lokalnych uszkodzeń dzięki analizie opartej na sztucznej inteligencji. Zespołowi udało się także skutecznie przeprowadzić naprawy punktowe na działających turbinach wiatrowych. „Istotnym osiągnięciem było skuteczne wykorzystanie laserowych technik pomiarowych w celu wykrywania niewidocznych wad ukrytych pod powierzchnią, które nie były widoczne przy użyciu konwencjonalnych metod kontroli”, zauważa Rego. „Udało się następnie potwierdzić ich istnienie w ramach kontroli przeprowadzonych kilka miesięcy później”.
Skuteczne wdrożenie w elektrowniach wiatrowych
Zespół projektu Romain wykazał, że konserwacja łopat turbin wiatrowych oparta na robotach jest rozwiązaniem, które już dziś może być z powodzeniem wdrażane w eksploatowanych elektrowniach wiatrowych. Dalsze etapy prac obejmą działania mające na celu poprawę osiągów dzięki wykorzystaniu sztucznej inteligencji oraz zwiększenie szybkości przetwarzania danych, a także udoskonalenie systemu naprawczego w celu obsługi szerszego zakresu rodzajów uszkodzeń. „Chcemy również uwzględnić dodatkowe czynności konserwacyjne, takie jak przygotowanie powierzchni i jej wykończenie”, mówi Rego. „Jednocześnie będziemy nadal weryfikować skuteczność naszego rozwiązania we współpracy z operatorami elektrowni wiatrowych oraz badać możliwości komercjalizacji dzięki partnerom - spółkom Aerones, Tecnalia, Front Technologies i EDP”. Zespół jest przekonany, że ta innowacja może stanowić rewolucję w branży. Analiza techniczno-gospodarcza wykazała, że konserwacja z wykorzystaniem robotów pomaga w obniżeniu kosztów operacyjnych, zwiększa liczbę napraw wykonanych w ramach jednej konserwacji oraz ogranicza opóźnienia spowodowane warunkami pogodowymi. W ten sposób projekt Romain wspiera rozwój europejskiego sektora energii odnawialnej.
