Verbetering van offshore windparken en getijdenturbines door het voorspellen van het onvoorspelbare

Offshore hernieuwbare energieprojecten winnen wereldwijd aan populariteit. Als we alleen al naar de Europese Unie kijken, staat de inzet van offshore windenergie centraal in de uitvoering van de Europese Green Deal, die erop gericht is om het concurrentievermogen en de zekerheid van de energievoorziening van Europa te waarborgen.

Over het geheel genomen heeft de Europese Commissie al een specifieke EU-strategie voor hernieuwbare energie op zee, waarin robuuste maatregelen worden voorgesteld om de duurzame ontwikkeling van de sector op lange termijn te ondersteunen. De strategie stelt een ambitieuze doelstelling vast voor een geïnstalleerde capaciteit van ten minste 60 GW offshore windenergie en 1 GW oceaanenergie tegen 2030, en respectievelijk 300 GW en 40 GW tegen 2050. Het goede nieuws is dat de EU-landen de door de Commissie voorgestelde doelstellingen al hebben overtroffen, zowel op korte als op lange termijn.

De wereldwijde markt voor offshore hernieuwbare energie groeit ook snel. Volgens de Offshore Windmarktrapport 2024 Volgens cijfers van National Renewable Energy Limited (NREL) hebben nieuwe offshore windinstallaties in 2023 de wereldwijde capaciteit verhoogd tot ruim 68 GW, verdeeld over 319 operationele projecten met ruim 13,000 operationele turbines.

Met aanvullende projecten in verschillende stadia van planning en ontwikkeling bedraagt ​​de offshore windenergiecapaciteit in de pijplijn in totaal meer dan 453.6 GW, waarvan 104.4 GW afkomstig is van drijvende structuren.

Een dergelijke groei in offshore hernieuwbare energieregimes vereist sterke steun van de wereldwijde R&D-gemeenschap wereldwijd, en die steun is beschikbaar. In het volgende segment bespreken we een dergelijke innovatieve ontwikkeling: de inzet van onderwaterrobots die golven in realtime kunnen voorspellen, zodat de kosten van het produceren van offshore hernieuwbare energie kunnen worden verlaagd.

Nieuwe technologie kan het goedkoper, sneller en veiliger maken om offshore windparken en getijdenturbines te onderhouden

Het onderzoek werd gedaan door drie onderzoekers van de Universiteit van Edinburgh, Kyle L. Walker, Laura Beth Jordan en Francesco Giorgio-Serchi. Dit team van onderzoekers ontwikkelde een complete end-to-end controlearchitectuur voor verstoringsafwijzing tijdens station-keeping-taken onder golfverstoringen, omvattend een niet-lineaire modelpredictieve controller (NMPC) gecombineerd met een deterministische zeegolfvoorspeller (DSWP). Hun oplossing is bedoeld om het gemakkelijker te maken voor onderwatervoertuigen die opereren in door golven gedomineerde omgevingen, waar verstoringen de voertuigrespons aanzienlijk beïnvloeden en een bedreiging vormen voor de operationele veiligheid.

Simpel gezegd hebben de onderzoekers hulpmiddelen bedacht, zowel computationeel als experimenteel, die autonome robots in staat stellen om een ​​stabiele positie te behouden te midden van onregelmatige, beukende golven. De FloWave-testtank van de universiteit diende als proeflocatie voor het experiment. Voor de gegevens gebruikten ze inzichten die waren vastgelegd door een boei in de Noordzee om de soorten omstandigheden na te bootsen waarin robots zouden kunnen werken.

Het systeem maakt gebruik van apparaten die aan de zeebodem zijn bevestigd om de richting en hoogte van inkomende golven te meten en de informatie in realtime door te geven aan een robot die in de buurt werkt. Zo kan de onbemande machine complexe toekomstige verstoringen in het water voorkomen en tegengaan om een ​​stabiele positie te behouden.

De voordelen van de technologie

Bron: De universiteit van Edinburgh

Stabiele onbemande robots die op zee zijn gestationeerd, zouden de complexe taak van routineonderhoud uitvoeren tegen lagere kosten, waardoor de totale kosten voor het genereren van hernieuwbare energie worden verlaagd, wat een concurrentievoordeel mist omdat het doorgaans veel meer kost dan fossiele brandstoffen. De inzet van dergelijke robots en hun stabiliteit zouden ook zorgen voor vereenvoudigde operaties waarvoor geen schepen, helikopters of hijsapparatuur nodig zijn.

Onderzoekers benadrukken dat hun nieuwe oplossing beter is dan de conventionele controlesystemen.

Om dieper in te gaan op de aard van de upgrade die deze controlesystemen hebben ondergaan, had Dr. Kyle Walker, een van de drie onderzoekers, het volgende te zeggen:

"Door een voorspelling te doen van toekomstige golfstoringen en dit te integreren in het controlesysteem, kunnen we dit bereik uitbreiden met weinig tot geen verandering aan de robothardware. Wat betreft het vertalen van deze technologie naar het veld, is dit een enorm voordeel en maakt ons systeem toepasbaar op de meeste voertuigen die momenteel op de markt zijn."

Bovendien hebben de resultaten van de proeven aangetoond dat het systeem zeer compatibel is met robots die op grote dieptes, dicht bij het aardoppervlak, opereren en waar verstoringen sterk voelbaar zijn.

In de toekomst willen de onderzoekers de oplossing graag voorzien van meer autonomie, zodat deze precieze taken kan uitvoeren, zoals het detecteren van roest of het repareren van elektrische apparatuur zonder instabiel te worden.

Dr. Francesco Gorgio-Serchi sprak over de voordelen die de vooruitgang van deze technologie met zich mee zou kunnen brengen en zei:

“Het verder ontwikkelen van deze technologie zou kunnen bijdragen aan een stapsgewijze verandering in de adoptie van onbemande robots op zee en de mate van automatisering in de offshoresector drastisch kunnen verhogen.”

Hoewel dit onderzoek de productie van hernieuwbare energie op zee goedkoper en efficiënter maakt, moeten we niet vergeten dat het onderzoek op dit gebied al lange tijd gaande is. In 2022 publiceerden drie onderzoekers, Y. Liu, M Hajj en Y. Bao, bijvoorbeeld een beoordeling van op robots gebaseerde schadebeoordeling voor offshore windturbines of OWT'sHieronder volgen enkele cruciale aspecten van de bevindingen van het onderzoek.

Klik hier voor meer informatie over de technologie van stilstaande windenergieturbines.

Robots inzetten om schade aan offshore windturbines te beoordelen

Het onderzoek onderstreepte het feit dat robots de taak van geautomatiseerde conditiebeoordeling van offshore windturbines konden uitvoeren. Er werd gekeken naar de mogelijkheden om UAV's, klimrobots en onderwaterrobots in te zetten voor monitoring en het gebruik van fotografie, thermografie en röntgenbeeldvorming om anomalieën te detecteren.

Offshore windturbines lijden onder veel factoren, waaronder zware omstandigheden waarin dynamische en extreme belastingen hun veiligheid en levensduur blijven aantasten. De installatie- en onderhoudskosten stijgen, wat leidt tot een stijging van de kosten van de productie van hernieuwbare energie in het algemeen. Bovendien is er het risico van materiaaldegradatie door het zoute water van de zee.

Het onderzoek zegt dat de recente ontwikkelingen in robottechnologie en intelligente algoritmen kunnen helpen bij het beoordelen van de mate van schade in OWT's. Terwijl een robot die is uitgerust met een NDE-apparaat op afstand of automatisch kan worden bediend om OWT's te inspecteren, kunnen de gegevens die worden verkregen van deze NDE-apparaten worden geanalyseerd met behulp van intelligente algoritmen voor schadedetectie, classificatie, lokalisatie en kwantificering. De UAV's, klimrobots en onderwaterrobots kunnen verder helpen door apparaten te dragen zoals optische en infraroodcamera's, evenals röntgenapparatuur.

Uit het onderzoek bleek dat robotgebaseerde inspecties een geweldige oplossing zouden kunnen zijn voor het verbeteren van de veiligheid en een hoge mate van robuustheid zouden kunnen bieden tegen een lage prijs.

Als we kijken naar de waarde die deze oplossingen bieden aan de productie-industrie voor hernieuwbare energie, hebben verschillende bedrijven commerciële oplossingen op dit gebied bedacht. Hier volgen enkele voorbeelden.

Klik hier om te ontdekken of windenergie de wereld kan aandrijven.

1. Aeronen

Aerones is een van de wereldleiders onder de bedrijven die robotische windturbine-onderhoudsdiensten aanbieden. Het bedrijf beweert zijn gepatenteerde roboticatechnologie te gebruiken voor zijn serviceteams om snellere, veiligere en effectievere diensten te leveren aan windturbine-exploitanten wereldwijd.

De reikwijdte van de diensten die Aerones aanbiedt, raakt alle cruciale servicegebieden van de levenscyclus van een turbine, inclusief inspectie, reiniging, reparatie en meer. Voor inspectie biedt het bliksembeveiliging, interne en drone-inspectie en drainagegatreinigingsdiensten. Bij reiniging, Aerones in toren- en bladreiniging. Voor reparatiediensten helpt het zeer geavanceerde robotplatform van Aerones bij oppervlaktevoorbereiding, het aanbrengen van vulmiddel, schuren en bescherming van de voorrand, waarbij een beschermende coating wordt aangebracht om het bladoppervlak jarenlang te beschermen tegen erosie.

De unieke set robotdiensten van Aerones is niet ontworpen om mensen te vervangen of banen van hen over te nemen. Het vereist gecertificeerde technici om de gereedschappen te bedienen vanuit het comfort van een warm voertuig. Dankzij hun robotprecisie en efficiëntie minimaliseren de diensten van Aerones de downtime met 4-6 keer en verminderen ze de stationaire verblijftijd met 5-10 keer. Het eigen systeem levert hoogwaardige robotdiensten aan windturbinetechnici voor inspecties, reiniging, onderhoud en reparaties, terwijl het cloudgebaseerde digitale dataplatform unieke datasets van inspecties over de hele sector verzamelt, wat efficiënte prijsstelling van slimmere preventieve onderhoudsplannen en budgetten mogelijk maakt.

In september 2024, Aerones heeft steun van innovatiefonds veiliggesteld voorzien in zeer innovatieve, marktklare, schaalbare en ambitieuze infrastructuurprojecten gericht op CO2-uitstootreductie.

Aerones ontving € 4.4 miljoen van het innovatiefonds van de EU. Het project, zo legden ze uit, is gericht op het binnen 18 uur uitvoeren van turbinereparaties, waardoor de downtime aanzienlijk wordt geminimaliseerd en er wordt bijgedragen aan wereldwijde klimaatdoelen. Volgens rapporten zou hun aanpak naar schatting leiden tot een vermindering van 67% in de downtime voor reparaties, waardoor 161,349 ton CO2-uitstoot in een decennium wordt vermeden en de productie van 918,320 MWh aan extra hernieuwbare elektriciteit mogelijk wordt gemaakt.

In januari 2023, Aerones heeft 30 miljoen dollar opgehaald om zijn robot-enabled services te schalen en efficiëntie te stimuleren. De financieringsronde werd mede geleid door nieuwe investeerders Lightrock en Haniel, met deelname van Blume Equity en bestaande investeerders Change Ventures, Metaplanet en Mantas Mikuckas, onder anderen.

Aerones zei dat het fonds gebruikt zou worden om de technische en verkoopfuncties van Aerones te laten groeien, het aantal robotserviceteams te verhogen en uit te breiden naar nieuwe snelgroeiende markten. Op het moment dat de fondsen werden opgehaald, bediende Aerones' assortiment van robot-enabled oplossingen al klanten die 50 procent van de windenergiecapaciteit van de wereld vertegenwoordigden.

2. Bladluis

Een ander innovatief bedrijf dat inspeelt op de behoeften van de eerste groeiende offshore windindustrie en deze voorspelbaar en efficiënt maakt, is Bladebug. Het bedrijf is bezig met het ontwikkelen Geavanceerde robots om technici te helpen bij de inspectie en reparatie van turbinebladen, zonder dat er touwtoegang nodig is. De robotoplossingen van Bladebug hebben veel voordelen. Ze verlagen de drempels voor adoptie, minimaliseren downtime en voorkomen duplicatie van inspanningen.

De crawlerrobots van Bladebug kunnen buiten het gezichtsveld worden bediend. Met behulp hiervan kunnen technici op afstand onderhoudstaken uitvoeren zonder de bijbehorende kosten en zonder te worden blootgesteld aan zware omstandigheden. Het is semi-autonoom.

Ten tweede, omdat het lichtgewicht is, is de snelheid van implementatie en het gebruiksgemak veel hoger dan bij veel van zijn soortgenoten. Door Bladebug's robotoplossing kunnen O&M-teams defecten behandelen voordat het haalbaar zou zijn om een ​​traditioneel rope access-team in te zetten. Dit preventieve onderhoud verhoogt de efficiëntie van de turbine en maximaliseert de gegenereerde koolstofarme energie.

Ten slotte zorgt het modulaire ontwerp ervoor dat de robot geschikt is voor verschillende soorten niet-destructief test- en reparatieapparatuur, waardoor hij ook op zee flexibel inzetbaar is.

Bladebug heeft uitgebreide financiële steun en mentorschap ontvangen van bedrijven als Innovate UK, Catapult Offshore Renewable Energy, Imperial Enterprise Lab en Launch Academy. Het wordt gefinancierd door twee investeerders: Britbots en The Offshore Wind Growth Partnership.

3. Herbladeren

In mei 2024, de Global Wind Energy Council meldde dat er in 117 wereldwijd een record van 2023 gigawatt aan nieuwe capaciteit werd geïnstalleerd. Vanwege de uitdaging om meer hardware te installeren en een toename van de bijbehorende onderhoudsplannen, Deens bedrijf Reblade een miniatuurreparatiefabriek opgericht die per drone werd afgeleverd.

De robotische oplossingen voor het repareren van schoepen van het bedrijf omvatten plug-and-play voor onderhoudsteams, waarmee teams projecten vanaf de grond kunnen instrueren en monitoren. De robots van Reblade konden erosiereparaties uitvoeren met een robot voor elke activiteit, van schoonmaken en slijpen tot het coaten en verven van de voorrand van turbinebladen. Het door drones geleverde reparatiesysteem was aanpasbaar, waarbij elke module taken en producten kon leveren die specifiek waren voor de voorkeuren en behoeften van elke klant.

Het bedrijf beweerde dat zijn robots extreem snel en efficiënt waren, met serviceteams die reparaties aan twee volledige turbines op één dag voltooiden. Het beweerde ook dat zijn oplossingen bestand waren tegen verschillende weersomstandigheden, waarbij de robots naadloos werkten op afgelegen locaties, waardoor de servicetijd en -kosten met wel 80 procent werden teruggebracht. Het bedrijf heeft drie investeerders, waaronder Eureka Network en de European Innovation Council.

Robotische oplossingen om offshore windparken en getijdenturbines te verbeteren: de toekomst

In de komende dagen zal het verbeteren van de efficiëntie in offshore windparken en getijdenturbines grotere inspanningen vergen in het automatiseren van inspectie- en onderhoudsprocessen. Deze aspecten zullen, naast het verbeteren van de servicekwaliteit, ook de veiligheidszorgen aanzienlijk verminderen door de noodzaak voor menselijke duikers om in gevaarlijke onderwateromgevingen te werken, te verminderen.

De verschuiving van menselijke inspanningen naar robotoplossingen zal op afstand bestuurde voertuigen, onbemande oppervlakteschepen en geavanceerdere autonome onderwaterrobots omvatten. Deze technologieën zullen succesvol werken in omstandigheden die gevaarlijk of ontoegankelijk zijn voor mensen, en zullen functioneren in een reeks uitdagende weersomstandigheden, op grotere dieptes en gedurende langere periodes.

Onderzoekers die in deze ruimte werken, hebben verschillende belangrijke gebieden geïdentificeerd die meer genuanceerde oplossingen vereisen. Onderwaterrobots moeten bijvoorbeeld een nauwkeurige positionering in turbulente zeeën handhaven - een uitdaging die het onderzoek waarmee we onze discussie begonnen, aanpakt als een belangrijke doorbraak.

Onderzoekers overwegen ook het gebruik van digitale tweelingen. Omdat de robots van vandaag de dag geavanceerde 3D-mapping- en reconstructietechnologieën kunnen gebruiken, kunnen ze gedetailleerde driedimensionale modellen van onderzeese infrastructuur maken. Ingenieurs kunnen deze 'digitale tweelingen' vervolgens gebruiken om de accumulatie van zeeleven op turbinefunderingen te monitoren of om potentiële structurele problemen te identificeren, allemaal vanuit de veiligheid van controlekamers op het land.

Een andere baanbrekende doorbraak op dit gebied is het gecoördineerde gebruik van USV's en ROV's. USV's fungeren als mobiele basisstations en worden ingezet en gecoördineerd met onderwater-ROV's om uitgebreide inspecties van windmolenparkinfrastructuur uit te voeren. Teams die dergelijke operaties uitvoeren, profiteren van geavanceerde AI- en controlesystemen, waardoor deze roboteenheden met opmerkelijke precisie en efficiëntie door complexe onderwateromgevingen kunnen navigeren.

Volgens schattingen zou het gebruik van robotinspectiesystemen het brandstofverbruik voor onderhoudsmissies met maar liefst 97% kunnen verminderen.van 7,000 liter per dag naar slechts 200 liter.

Samenvattend zijn de voordelen talrijk. Het klimaat profiteert van aanzienlijk verminderde koolstofemissies. De bedrijven profiteren op de lange termijn omdat deze oplossingen de totale productiekosten van hernieuwbare energie verlagen. En ten slotte profiteren de werknemers, met name degenen die betrokken zijn bij onderhoud en inspectie, van verbeterde veiligheidsnormen en de mogelijkheid van een aanzienlijk risicovrije werkconditie.

Klik hier voor een lijst met de beste windenergieaandelen waarin u kunt investeren.