Forbedring af offshore vindfarme og tidevands‑turbiner ved at forudsige det uforudsigelige

Offshore vedvarende energiprojekter får betydelig fremdrift verden over. Hvis vi ser på EU alene, er udrulningen af offshore vindenergi kernen i at levere den europæiske grønne aftale, som har til formål at sikre Europas konkurrenceevne og energiforsyningssikkerhed.

Den Europæiske Kommission har allerede offentliggjort en dedikeret EU-strategi for offshore vedvarende energi, som foreslår robuste tiltag til at støtte den langsigtede bæredygtige udvikling af sektoren. Strategien fastsætter ambitiøse mål om en installeret kapacitet på mindst 60 GW offshore vind og 1 GW havenergi inden 2030, samt 300 GW og 40 GW henholdsvis inden 2050. Den gode nyhed er, at EU-landene allerede har overgået de mål, som Kommissionen foreslog, både på kort og lang sigt.

Det globale marked for offshore vedvarende energi vokser også hurtigt. Ifølge 2024 Offshore Wind Market Report udgivet af National Renewable Energy Limited (NREL) øgede nye offshore vindinstallationer i 2023 den globale kapacitet til over 68 GW, fordelt på 319 driftsprojekter, der huser over 13.000 aktive turbiner.

Med yderligere projekter i forskellige planlægnings- og udviklingsstadier udgør den offshore vindenergi‑kapacitet i pipeline mere end 453,6 GW, hvoraf 104,4 GW kommer fra flydende strukturer.

En sådan vækst i offshore vedvarende energiregimer kræver stærk støtte fra det globale forsknings‑ og udviklingssamfund, og den støtte er tilgængelig. I det følgende afsnit diskuterer vi en sådan innovativ udvikling: udrulning af undervandsrobotter, der kan forudsige bølger i realtid, så omkostningerne ved produktion af offshore vedvarende energi kan reduceres.

Ny teknologi kan gøre vedligeholdelse af offshore vindfarme og tidevands‑turbiner billigere, hurtigere og sikrere

Denne forskning blev udført af tre forskere fra University of Edinburgh, Kyle L. Walker, Laura Beth Jordan og Francesco Giorgio‑Serchi. Dette forskerteam udviklede en komplet ende‑til‑ende kontrolarkitektur til forstyrrelsesafvisning under station‑keeping‑opgaver under bølgeforstyrrelser, som omfatter en ikke‑lineær model‑prædiktiv controller (NMPC) kombineret med en deterministisk havbølge‑forudsigelse (DSWP). Deres løsning har til formål at gøre det lettere for undervandsfartøjer, der opererer i bølge‑dominerede miljøer, hvor forstyrrelser i høj grad påvirker fartøjets respons og udgør en trussel mod driftsikkerheden.

Enkelt sagt har forskerne udviklet værktøjer – både beregningsmæssige og eksperimentelle – der giver autonome robotter mulighed for at holde en stabil position midt i uregelmæssige, rystende bølger. Universitetets FloWave testtank tjente som forsøgssted for eksperimentet. Til data brugte de indsigter indsamlet af en bøje i Nordsøen for at efterligne de typer af forhold, robotterne kan arbejde under.

Systemet bruger enheder, der er forankret til havbunden, til at måle retningen og højden af indkommende bølger og overføre informationen i realtid til en robot i nærheden, så den ubemandede maskine kan forudse komplekse fremtidige forstyrrelser i vandet og modvirke dem for at opretholde en stabil position.

Fordelene ved teknologien

Kilde: The University of Edinburgh

Stabile ubemandede robotter placeret offshore ville udføre den komplekse opgave med rutinemæssig vedligeholdelse til lavere omkostninger, hvilket reducerer de samlede omkostninger ved at producere vedvarende energi, som typisk er meget dyrere end fossile brændstoffer. Udrulningen af sådanne robotter og deres stabilitet vil også sikre forenklede operationer, der ikke kræver skibe, helikoptere eller løfteudstyr.

Forskere fremhæver, at deres nye løsning er bedre end de konventionelle kontrolsystemer.

Ved at danne en forudsigelse af fremtidige bølgeforstyrrelser og integrere denne i kontrolsystemet, kan vi udvide dette område med minimal eller ingen ændring af robotens hardware. Når det gælder overførsel af denne teknologi til feltet, er det en stor fordel og gør vores system anvendeligt på de fleste køretøjer, der i øjeblikket er tilgængelige på markedet.

Desuden har forsøgsresultaterne vist, at systemet har høj kompatibilitet med robotter, der opererer i store dybder nær overfladen, hvor forstyrrelser mærkes meget kraftigt.

Fremover er forskerne ivrige efter at give løsningen større autonomi, så den kan udføre præcise opgaver, hvor den kan opdage rust eller reparere elektrisk udstyr uden at blive ustabil.

At videreudvikle denne teknologi kan bidrage til en markant ændring i adoptionen af ubemandede robotter til havs og drastisk øge graden af automatisering i offshore‑sektoren.

Selvom denne forskning gør produktionen af offshore vedvarende energi billigere og mere effektiv, skal vi huske, at forskningen på dette område har pågået i lang tid. I 2022 offentliggjorde for eksempel tre forskere, Y. Liu, M Hajj og Y. Bao, en gennemgang af robotbaseret skadesvurdering for offshore vindturbiner eller OWT’er. Nedenfor er nogle af de væsentlige aspekter af gennemgangens resultater.

Klik her for at lære om bevægelsesfri vindenergi‑genererende turbinateknologi.

Udrulning af robotter til at vurdere skader på offshore vindturbiner

Forskningen understregede, at robotter kan udføre opgaven med automatiseret tilstandsvurdering af offshore vindturbiner. Den undersøgte mulighederne for at anvende UAV’er, klatrende robotter og undervandsrobotter til overvågning samt brugen af fotografi, termografi og røntgenbilleder til at opdage anomalier.

Offshore vindturbiner udsættes for mange faktorer, herunder barske miljøer, hvor dynamiske og ekstreme belastninger påvirker deres sikkerhed og levetid. Installations‑ og vedligeholdelsesomkostningerne stiger, hvilket medfører en stigning i de samlede omkostninger ved produktion af vedvarende energi. Derudover er der risiko for materialnedbrydning forårsaget af havets salts vand.

Forskningen viser, at de seneste fremskridt inden for robotteknologi og intelligente algoritmer kan hjælpe med at vurdere skadesniveauet i OWT’er. Mens en robot udstyret med en NDE‑enhed kan fjernstyres eller automatisk betjenes til at inspicere OWT’er, kan de data, der indsamles fra disse NDE‑enheder, analyseres ved hjælp af intelligente algoritmer til skadesdetektion, klassificering, lokalisering og kvantificering. UAV’er, klatrende robotter og undervandsrobotter kan yderligere assistere ved at bære udstyr såsom optiske og infrarøde kameraer samt røntgenudstyr.

Forskningen konkluderede, at robotbaserede inspektioner kan være fremragende løsninger til at forbedre sikkerheden og tilbyde et højt niveau af robusthed, samtidig med at prisen holdes lav.

Når man ser på den værdi, som disse løsninger tilbyder den vedvarende energiproduktionsindustri, har flere virksomheder udviklet kommercielle løsninger på dette område. Nedenfor er nogle eksempler.

Klik her for at lære, om vind kan drive verden.

1. Aerones

Aerones er en af de globale ledere blandt virksomheder, der tilbyder robotbaserede serviceydelser for vindturbiner. Virksomheden hævder at udnytte sin patenterede robotteknologi til sine serviceteams for at levere hurtigere, sikrere og mere effektive tjenester til vindoperatører verden over.

Omfanget af de tjenester, som Aerones tilbyder, dækker alle væsentlige serviceområder i en turbines livscyklus, herunder inspektion, rengøring, reparation og mere. Til inspektion leverer de lynbeskyttelse, intern og drone‑inspektion samt rengøring af dræningshuller. Inden for rengøring tilbyder Aerones tårn‑ og bladrengøring. Til reparationsopgaver hjælper Aerones’ højt avancerede robotplatform med overfladeforberedelse, påføring af fyldstof, slibning og beskyttelse af forreste kant, ved at påføre en beskyttelsesbelægning, der beskytter bladets overflade mod erosion i mange år.

Aerones’ unikke udvalg af robottjenester er ikke designet til at erstatte mennesker eller fratage dem deres job. Det kræver certificerede teknikere, der styrer værktøjerne fra komforten af et varmt køretøj. På grund af deres robotpræcision og effektivitet minimerer Aerones’ tjenester nedetiden med 4‑6 gange og reducerer inaktiv tid med 5‑10 gange. Deres proprietære system leverer højkvalitets robottjenester til vindturbin‑teknikere til inspektion, rengøring, vedligeholdelse og reparation, mens deres cloud‑baserede digitale dataplatform indsamler unikke tværindustrielle datasæt fra inspektioner, hvilket muliggør effektiv prissætning af smartere forebyggende vedligeholdelsesplaner og budgetter.

I september 2024 sikrede Aerones støtte fra innovationsfond, som er beregnet til højt innovative, markedsparate, skalerbare og ambitiøse infrastrukturprojekter med mål om CO₂‑reduktion.

Aerones modtog €4,4 millioner fra EU’s innovationsfond. Projektet, forklarede de, har til formål at gennemføre turbine‑reparationer inden for 18 timer, hvilket markant minimerer nedetid og bidrager til globale klimamål. Ifølge rapporter anslås deres tilgang at reducere reparationsnedetiden med 67 %, undgå 161.349 ton CO₂‑emissioner over et årti og muliggøre produktionen af yderligere 918.320 MWh vedvarende elektricitet.

I januar 2023 rejste Aerones US$30 millioner for at skalere sine robot‑aktiverede tjenester og øge effektiviteten. Finansieringsrunden blev co‑ledet af de nye investorer Lightrock og Haniel, med deltagelse fra Blume Equity samt eksisterende investorer Change Ventures, Metaplanet og Mantas Mikuckas blandt andre.

Aerones oplyste, at midlerne vil blive brugt til at udvide deres tekniske og salgsfunktioner, øge antallet af robot‑serviceteams og ekspandere til nye hurtigt voksende markeder. På tidspunktet for kapitalrejsningen leverede Aerones’ udvalg af robot‑aktiverede løsninger allerede til kunder, der udgjorde 50 % af verdens vindkraftkapacitet.

2. Bladebug

En anden innovativ virksomhed, der imødekommer behovene i den først voksende offshore vindindustri og gør dem forudsigelige og effektive, er Bladebug. Virksomheden har udviklet avancerede robotter til at assistere teknikere i inspektion og reparation af turbineblade uden behov for rebadgang. Der er mange fordele ved Bladebugs robotløsninger. De sænker adoptionsbarriererne, minimerer nedetid og forhindrer dobbeltarbejde.

Bladebugs kravlende robotter kan betjenes uden for synslinjen. Med deres hjælp kan teknikere fjernstyre vedligeholdelsesopgaver uden de tilknyttede omkostninger og uden at blive udsat for barske forhold. De er semi‑autonome.

For det andet, da de er letvægts, er udrulningshastigheden og brugervenligheden meget højere end hos mange af deres konkurrenter. Gennem Bladebugs robotløsning kan O&M‑teams behandle fejl, før det ville være levedygtigt at anvende et traditionelt rebadgangsteam. Dette forebyggende vedligeholdelsesarbejde øger turbinenes effektivitet og maksimerer den lav‑kulstof energi, der genereres.

Endelig sikrer det modulære design, at robotkroppen kan acceptere forskellige ikke‑destruktive test‑ og reparationsudstyr, hvilket gør den fleksibel, også offshore.

Bladebug har modtaget omfattende finansiel støtte og mentorordninger fra virksomheder som Innovate UK, Catapult Offshore Renewable Energy, Imperial Enterprise Lab og Launch Academy. Det er finansieret af to investorer: Britbots og The Offshore Wind Growth Partnership.

3. Reblade

I maj 2024 rapporterede Global Wind Energy Council, at en rekord på 117 gigawatt ny kapacitet blev installeret verden over i 2023. På grund af udfordringen med at installere mere udstyr og en stigning i tilhørende vedligeholdelsesplaner, skabte det danske firma Reblade en drone‑leveret miniature reparationsfabrik.

Virksomhedens robotbaserede bladreparationsløsninger omfatter plug‑and‑play for vedligeholdelsesteams, så de kan instruere og overvåge projekter fra land. Reblades robotter kan udføre erosion‑reparationer med en robot for hver aktivitet, fra rengøring og slibning til belægning og maling af turbinebladenes forreste kant. Det drone‑leverede reparationssystem var tilpasseligt, hvor hver modul kunne levere opgaver og produkter specifikt til hver kundes præferencer og behov.

Virksomheden hævdede, at deres robotter var ekstremt hurtige og effektive, med serviceteams, der gennemførte reparationer på to komplette turbiner på én dag. De påstod også, at deres løsninger kunne modstå en række vejrforhold, hvor robotterne arbejdede problemfrit i fjerntliggende områder, hvilket reducerede servicetiden og omkostningerne med op til 80 %. Virksomheden har tre investorer, herunder Eureka Network og European Innovation Council.

Robotløsninger til at forbedre offshore vindfarme og tidevands‑turbiner: Fremtiden

I de kommende år vil forbedring af effektiviteten på tværs af offshore vindfarme og tidevands‑turbiner kræve større indsats i automatisering af inspektions‑ og vedligeholdelsesprocesser. Disse aspekter vil, ud over at forbedre servicekvaliteten, også i høj grad reducere sikkerhedsbekymringer ved at mindske behovet for menneskelige dykkere i farlige undervandsmiljøer.

Overgangen fra menneskelig indsats til robotløsninger vil involvere fjernstyrede køretøjer, ubemandede overfladefartøjer og mere sofistikerede autonome undervandsrobotter. Disse teknologier vil fungere succesfuldt under forhold, der er farlige eller utilgængelige for mennesker, og operere på tværs af udfordrende vejrforhold, i større dybder og over længere perioder.

Forskere inden for dette område har identificeret flere nøgleområder, der kræver mere nuancerede løsninger. For eksempel skal undervandsrobotter opretholde præcis positionering i turbulente farvande – en udfordring, som den forskning, vi indledte med, adresserer som et betydeligt gennembrud.

Forskere overvejer også brugen af digitale tvillinger. Da nutidens robotter kan udføre avanceret 3D‑kortlægning og rekonstruktions‑teknologier, kan de skabe detaljerede tredimensionelle modeller af undervandsinfrastruktur. Ingeniører kan derefter bruge disse ‘digitale tvillinger’ til at overvåge ophobning af marint liv på turbinefundamenter eller identificere potentielle strukturelle problemer, alt fra sikkerheden i landbaserede kontrolrum.

Et andet banebrydende gennembrud i dette område er den koordinerede brug af USV’er og ROV’er. USV’er fungerer som mobile basestationer, der udsender og koordinerer med undervands‑ROV’er for at udføre omfattende inspektioner af vindfarm‑infrastruktur. Teams, der udfører sådanne operationer, drager fordel af avanceret AI og kontrolsystemer, som gør det muligt for disse robotenheder at navigere i komplekse undervandsmiljøer med bemærkelsesværdig præcision og effektivitet.

Ifølge estimater kan brugen af robotinspektionssystemer reducere brændstofforbruget for vedligeholdelsesmissioner med op til 97 % — fra 7.000 liter pr. dag til kun 200 liter.

Sammenfattende er fordelene mange. Klimaet drager fordel af markant reducerede CO₂‑emissioner. Virksomhederne får langsigtede fordele, da disse løsninger sænker de samlede omkostninger ved produktion af vedvarende energi. Endelig får medarbejderne, især dem der beskæftiger sig med vedligeholdelse og inspektion, forbedrede sikkerhedsstandarder og muligheden for en væsentligt risikofri arbejdsforhold.

Klik her for en liste over de bedste vindenergi‑aktier at investere i.