Windparks werden im Mix der erneuerbaren Energien einen erheblichen Anteil übernehmen. Für einen nachhaltigen Betrieb von Windenergieanlagen sind innovative und kostenoptimierte Wartungs- und Instandhaltungskonzepte gefragt. Drohnen spielen hier zukünftig eine wichtige Rolle. Das Fraunhofer IFAM entwickelt und validiert Komponenten, Systeme und Verfahren, um zuverlässige Missionen mit sogenannten Unmanned Aircraft Systems (UAS) im Offshore-Bereich zu realisieren.

Mehr Rückenwind für die Offshore-Windenergie

Für eine Senkung der CO2-Emissionen verfolgt Deutschland das Ziel, den Anteil erneuerbarer Energien sektorenübergreifend stark auszubauen – auch im Offshore-Bereich. Denn in der Novelle des WindSeeG wurden zusätzlich Ausbauziele für die Offshore-Windenergie von 20 GW bis 2030 und 40 GW bis 2040 beschlossen. Dies verlangt immer größere Leistungen und Rotordurchmesser bei den Offshore-Windenergieanlagen (OWEA). Gleichzeitig geraten Windparkbetreiber zunehmend unter Kostendruck bei den Stromgestehungskosten, wobei die Betriebskosten hierbei einen Optimierungsansatz liefern. Deshalb richten aktuelle Forschungen am Fraunhofer IFAM sich auf innovative Wartungs- und Instandhaltungskonzepte.

Drohnen sparen Kosten und CO2 ein

Der Einsatz von hoch automatisierten Drohnen bzw. UAS in der Inspektion und Wartung von Windenergieanlagen kann wichtige Beiträge zur Kostensenkung liefern (z. B. um bis zu 90 Prozent durch autonome Langzeit-Inspektionen). Ferner wird das Risiko für Menschen im Einsatz bei der Besteigung der Offshore-Anlagen während Inspektionen minimiert. Gleiches gilt für die Kosten- und Risikoreduzierung der Infrastrukturen für die Offshore-Wasserstoffproduktion. Ebenso kann der Einsatz von Transport-UAS zur kurzfristigen Bereitstellung kleiner bis mittelgroßer Ersatzteile genutzt sowie Betriebsmittelkosten und CO2-Emissionen durch den Ersatz von Helikopterflügen gesenkt werden.

Drohnen für den Offshore-Einsatz

Dennoch mangelt es heute an ausreichend für den Einsatz im Offshore-Bereich qualifizierten und hoch automatisierten UAS. Ziel des Fraunhofer IFAM ist es daher, die Entwicklung und Validierung von Komponenten, Systemen und Verfahren der UAS zur Realisierung von Missionen in Küstennähe und im Offshore-Bereich deutlich zu beschleunigen. Dies bedeutet, die Industrialisierung, Digitalisierung und Automatisierung der UAS voranzutreiben, und schließt z. B. Inspektion von Infrastruktur, Notfalllogistik, Transport oder Umweltüberwachung ebenso ein.

Neben der rein technischen Entwicklung ist auch die Forschung an Lösungen im regulatorischen Bereich zu sehen. Ziel hierbei ist eine Koexistenz bemannter sowie unbemannter Luftfahrt im unteren Luftraum. Hierzu gehören neue Lösungen für kurzfristige, automatisierte Aufstiegsgenehmigungen, Warn- und Erkennungssysteme sowie Lösungen zur gemeinsamen effizienten Nutzung und Koordination des Luftraums.

Offshore-Wartung bei Wind und Wetter

In naher Zukunft sollen unbemannte Luftfahrtsysteme (UAS) die Inspektion und Wartung von Offshore-Windenergieanlagen (OWEA) signifikant verbessern und beschleunigen. Das Projekt »AIDA« will den Offshore-Einsatz von UAS auf ein industrietaugliches Level heben und dafür den Automatisierungsgrad des UAS-Betriebs erheblich steigern. Unter Berücksichtigung unterschiedlicher Aspekte (von Schiffsplattform bis zu den technischen Voraussetzungen der UAS) werden außerdem mobile, sensorische Inspektionsverfahren entwickelt und validiert. UAS sollen so zu einem effizienteren, kostengünstigeren und sichereren Betrieb der OWEA beitragen. Große Herausforderung sind Messungen unter realen Umweltbedingungen – insbesondere dann, wenn die Flugsysteme die Oberfläche der Offshore-Strukturen zielgenau anfliegen und berühren müssen. Im Projekt »AIDA« entwickelt und validiert das Fraunhofer IFAM messtechnische Systeme für die Ausstattung von UAS, um solche berührenden Messungen im Offshore-Bereich zuverlässig durchzuführen.

Quelle: Frauenhofer IFAM Magazin

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Projektleitung

Tim Strohbach
Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung

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