Energie
Verbeteren van offshore windparken en getijde turbines door het onvoorspelbare te voorspellen
Voeg Securities.io toe aan je voorkeursbronnen op Google
Offshore‑projecten voor hernieuwbare energie winnen wereldwijd aanzienlijk aan tractie. Als we alleen naar de Europese Unie kijken, staat de inzet van offshore windenergie centraal in de uitvoering van de European Green Deal, die erop gericht is de concurrentiekracht en energievoorzieningszekerheid van Europa te waarborgen.
In het algemeen heeft de Europese Commissie al een specifieke EU‑strategie voor offshore hernieuwbare energie gepubliceerd, waarin robuuste maatregelen worden voorgesteld om de langetermijn‑duurzame ontwikkeling van de sector te ondersteunen. De strategie stelt ambitieuze doelen voor een geïnstalleerde capaciteit van minstens 60 GW offshore wind 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 doelen al hebben overtroffen, zowel op korte als lange termijn.
De wereldwijde markt voor offshore hernieuwbare energie groeit eveneens snel. Volgens het 2024 Offshore Wind Market Report gepubliceerd door het National Renewable Energy Laboratory (NREL), hebben nieuwe offshore windinstallaties in 2023 de wereldwijde capaciteit tot meer dan 68 GW verhoogd, verdeeld over 319 operationele projecten met meer dan 13.000 werkende turbines.
Met extra projecten in verschillende plannings‑ en ontwikkelingsstadia bedraagt de offshore windenergie‑capaciteit in de pijplijn meer dan 453,6 GW, waarvan 104,4 GW afkomstig is van drijvende constructies.
Zo’n groei in offshore‑hernieuwbare‑energiesystemen vereist sterke steun van de wereldwijde R&D‑gemeenschap – en die steun is beschikbaar. In het volgende segment bespreken we een dergelijke innovatieve ontwikkeling: de inzet van onderwaterrobots die in realtime golven kunnen voorspellen, zodat de kosten voor de productie van offshore‑hernieuwbare energie kunnen worden verlaagd.
Nieuwe technologie kan het goedkoper, sneller en veiliger maken om offshore windparken en getijde turbines te onderhouden
Het onderzoek werd uitgevoerd door drie onderzoekers van de Universiteit van Edinburgh, Kyle L. Walker, Laura Beth Jordan en Francesco Giorgio‑Serchi. Dit onderzoeksteam ontwikkelde een volledige end‑to‑end besturingsarchitectuur voor het onderdrukken van verstoringen tijdens station‑keeping‑taken onder golfperturbaties, bestaande uit een niet‑lineaire model‑predictieve controller (NMPC) gecombineerd met een deterministische zee‑golfvoorspeller (DSWP). Hun oplossing is bedoeld om onderwatervoertuigen die opereren in golf‑gedomineerde omgevingen, waar verstoringen de respons van het voertuig sterk beïnvloeden en een bedreiging vormen voor de operationele veiligheid, te vergemakkelijken.
Eenvoudig gezegd hebben de onderzoekers tools ontwikkeld – zowel computationeel als experimenteel – die autonome robots in staat stellen een stabiele positie te behouden te midden van onregelmatige, klotsende golven. De FloWave‑testtank van de universiteit diende als proeflocatie voor het experiment. Voor de data gebruikten ze inzichten verkregen van een boei in de Noordzee om de 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 binnenkomende golven te meten en de informatie in realtime door te geven aan een nabijgelegen robot, waardoor de onbemande machine toekomstige complexe waterverstoringen kan anticiperen en tegenwerken om een stabiele positie te behouden.
De voordelen van de technologie
Stabiele onbemande robots die offshore zijn gestationeerd, zouden de complexe taak van routinematig onderhoud tegen lagere kosten uitvoeren, waardoor de totale kosten voor het opwekken van hernieuwbare energie worden verlaagd, die doorgaans geen concurrentievoordeel hebben omdat ze veel duurder zijn dan fossiele brandstoffen. De inzet van dergelijke robots en hun stabiliteit zou bovendien zorgen voor vereenvoudigde operaties die geen schepen, helikopters of hijsapparatuur nodig hebben.
Onderzoekers benadrukken dat hun nieuwe oplossing beter is dan de conventionele regelsystemen.
Om de aard van de upgrade van deze regelsystemen nader toe te lichten, had Dr. Kyle Walker, een van de drie onderzoekers, het volgende te zeggen:
“Door een voorspelling van toekomstige golfverstoringen te vormen en deze te integreren in het regelsysteem, kunnen we dit bereik uitbreiden met weinig tot geen wijziging aan de robot‑hardware. Wat betreft de toepassing van deze technologie in de praktijk, is dit een enorm voordeel en maakt ons systeem toepasbaar op de meeste voertuigen die momenteel op de markt beschikbaar zijn.”
Bovendien hebben proefresultaten aangetoond dat het systeem een hoge mate van compatibiliteit heeft met robots die op grote diepten nabij het oppervlak opereren, waar verstoringen sterk worden gevoeld.
In de toekomst willen de onderzoekers de oplossing voorzien van meer autonomie zodat deze precieze taken kan uitvoeren, zoals het detecteren van roest of het repareren van elektrische apparatuur, zonder onstabiel te worden.
Terwijl hij sprak over de voordelen die de vooruitgang van deze technologie kan bieden, zei Dr. Francesco Gorgio‑Serchi:
“Het verder ontwikkelen van deze technologie zou kunnen bijdragen aan een sprong voorwaarts in de adoptie van onbemande robots op zee en de mate van automatisering in de offshore‑sector drastisch verhogen.”
Hoewel dit onderzoek de productie van offshore hernieuwbare energie goedkoper en efficiënter maakt, moeten we onthouden dat onderzoek op dit gebied al lange tijd voortduurt. In 2022 publiceerden bijvoorbeeld drie onderzoekers, Y. Liu, M. Hajj en Y. Bao, een review van robot‑gebaseerde schade‑assessment voor offshore windturbines of OWT’s. Hieronder staan enkele cruciale aspecten van de bevindingen van de review.
Klik hier om meer te leren over motionless wind energy‑generating turbine technology.
Robots inzetten om schade aan offshore windturbines te beoordelen
Het onderzoek benadrukte dat robots de taak van geautomatiseerde conditie‑assessment van offshore windturbines kunnen uitvoeren. Het onderzocht de mogelijkheden om UAV’s, klimrobots en onderwaterrobots in te zetten voor monitoring, evenals het gebruik van fotografie, thermografie en röntgenbeeldvorming om afwijkingen te detecteren.
Offshore windturbines worden geconfronteerd met tal van factoren, waaronder barre omgevingen waarin dynamische en extreme belastingen hun veiligheid en levensduur aantasten. De installatie‑ en onderhoudskosten stijgen, wat leidt tot een stijging van de totale kosten voor de productie van hernieuwbare energie. Bovendien bestaat er een risico op materiaaldegradatie door het zoute zeewater.
Het onderzoek stelt dat de recente vooruitgang in robottechnologie en intelligente algoritmen kan helpen bij het beoordelen van de schadegraad in OWT’s. Terwijl een robot uitgerust met een NDE‑apparaat op afstand of automatisch kan worden bediend om OWT’s te inspecteren, kunnen de verkregen data worden geanalyseerd met behulp van intelligente algoritmen voor schade‑detectie, -classificatie, -lokalisatie en -kwantificatie. De UAV’s, klimrobots en onderwaterrobots kunnen bovendien ondersteunen door apparaten zoals optische en infraroodcamera’s, evenals röntgenapparatuur, te dragen.
Het onderzoek concludeerde dat robot‑gebaseerde inspecties uitstekende oplossingen kunnen zijn om de veiligheid te verbeteren en een hoog niveau van robuustheid te bieden, terwijl de kosten laag blijven.
Gezien de waarde die deze oplossingen bieden aan de industrie voor de productie van hernieuwbare energie, hebben verschillende bedrijven commerciële oplossingen ontwikkeld op dit gebied. Hieronder volgen enkele voorbeelden.
Klik hier om te ontdekken of wind de wereld kan aandrijven.
1. Aerones
Aerones is een van de wereldleiders onder bedrijven die robot‑gebaseerde onderhoudsdiensten voor windturbines aanbieden. Het bedrijf beweert zijn gepatenteerde robottechnologie te benutten zodat zijn serviceteams snellere, veiligere en effectievere diensten kunnen leveren aan windexploitanten wereldwijd.
Het dienstenaanbod van Aerones bestrijkt alle cruciale servicegebieden van de levenscyclus van een turbine, inclusief inspectie, reiniging, reparatie en meer. Voor inspectie biedt het bliksembescherming, interne en drone‑inspectie, en reiniging van afvoergaten. Voor reiniging verzorgt Aerones toren‑ en bladreiniging. Voor reparatiediensten helpt het zeer geavanceerde robotplatform bij oppervlakte‑voorbereiding, het aanbrengen van vullingen, schuren en bescherming van de voorrand, waarbij een beschermende coating wordt aangebracht om het bladoppervlak jarenlang tegen erosie te beschermen.
De unieke reeks robotdiensten van Aerones is niet bedoeld om mensen te vervangen of banen af te nemen. Het vereist gecertificeerde technici die de gereedschappen bedienen vanuit het comfort van een verwarmd voertuig. Dankzij hun robotprecisie en efficiëntie minimaliseren de diensten van Aerones de stilstand met 4‑6 keer en verkorten de inactiviteit met 5‑10 keer. Het eigen systeem levert hoogwaardige robotdiensten aan windturbine‑technici voor inspecties, reiniging, onderhoud en reparaties, terwijl het cloud‑gebaseerde digitale dataplatform unieke cross‑industry datasets verzamelt uit inspecties, waardoor efficiënte prijsstelling van slimmere preventieve onderhoudsplannen en budgetten mogelijk wordt.
In september 2024 verkreeg Aerones een innovatie‑fondsondersteuning die wordt verleend aan zeer innovatieve, marktklare, schaalbare en ambitieuze infrastructuurprojecten gericht op CO₂‑emissiereductie.
Aerones ontving €4,4 miljoen van het EU‑innovatiefonds. Het project, legden ze uit, heeft als doel turbine‑reparaties binnen 18 uur uit te voeren, waardoor stilstand aanzienlijk wordt geminimaliseerd en bijgedragen wordt aan wereldwijde klimaatdoelstellingen. Volgens rapporten zou hun aanpak naar schatting leiden tot een vermindering van 67 % in reparatie‑stilstand, het voorkomen van 161.349 ton CO₂‑emissies over een decennium en de productie van extra 918.320 MWh hernieuwbare elektriciteit mogelijk maken.
In januari 2023 haalde Aerones US$30 miljoen op om zijn robot‑gebaseerde diensten op te schalen en efficiëntie te verhogen. 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 gaf aan dat de fondsen zullen worden gebruikt om de technische en verkoopfuncties uit te breiden, het aantal robot‑serviceteams te vergroten en uit te breiden naar nieuwe, snelgroeiende markten. Op het moment van de fondsenwerving bediende het assortiment robot‑gebaseerde oplossingen van Aerones al klanten die 50 % van de wereldwijde windenergiacapaciteit vertegenwoordigen.
2. Bladebug
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 ontwikkelt geavanceerde robots om technici te assisteren bij de inspectie en reparatie van turbinebladen, zonder dat touwtoegang nodig is. Er zijn vele voordelen aan de robotoplossingen van Bladebug. Ze verlagen de drempels voor adoptie, minimaliseren stilstand en voorkomen dubbele inspanningen.
De kruiprobots van Bladebug kunnen buiten het zicht worden bediend. Met hun hulp kunnen technici op afstand onderhoudstaken uitvoeren zonder de bijbehorende kosten en zonder blootstelling aan barre omstandigheden. Ze zijn semi‑autonoom.
Ten tweede, omdat ze licht van gewicht zijn, is de inzet‑snelheid en gebruiksgemak veel hoger dan bij veel concurrenten. Met de robotoplossing van Bladebug kunnen O&M‑teams defecten behandelen voordat een traditioneel touwtoegangsteam inzetbaar zou zijn. Dit preventieve onderhoud verhoogt de efficiëntie van de turbine en maximaliseert de opgewekte koolstofarme energie.
Tenslotte zorgt het modulaire ontwerp ervoor dat het robotlichaam verschillende niet‑destructieve test‑ en reparatie‑apparatuur kan accepteren, waardoor het flexibel is tijdens offshore‑operaties.
Bladebug heeft uitgebreide financiële steun en mentorschap ontvangen van bedrijven zoals 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. Reblade
In mei 2024 meldde de Global Wind Energy Council dat een record van 117 gigawatt nieuwe capaciteit wereldwijd werd geïnstalleerd in 2023. Door de uitdaging van het installeren van meer hardware en een toename van bijbehorende onderhoudsplannen, creëerde het Deense bedrijf Reblade een door drones geleverde miniatuur‑reparatiefabriek.
De robotische bladreparatie‑oplossingen van het bedrijf omvatten plug‑and‑play voor onderhoudsteams, waardoor teams projecten vanaf de grond kunnen instrueren en monitoren. De robots van Reblade kunnen erosieschade herstellen met een robot voor elke activiteit, van reiniging en slijpen tot het coaten en schilderen 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, waarbij serviceteams reparaties aan twee volledige turbines binnen één dag voltooiden. Het beweerde ook dat zijn oplossingen bestand zijn tegen diverse weersomstandigheden, waarbij de robots naadloos werken op afgelegen locaties, waardoor de servicetijd en kosten met tot 80 % worden verminderd. Het bedrijf heeft drie investeerders, waaronder Eureka Network en de European Innovation Council.
Robotoplossingen om offshore windparken en getijde turbines te verbeteren: de toekomst
In de komende dagen zal het verbeteren van de efficiëntie van offshore windparken en getijde turbines meer inspanningen vereisen om inspectie‑ en onderhoudsprocessen te automatiseren. Deze aspecten, naast het verbeteren van de servicekwaliteit, zullen ook de veiligheidszorgen aanzienlijk verminderen door de noodzaak voor menselijke duikers in gevaarlijke onderwateromgevingen te verkleinen.
De verschuiving van menselijke inspanningen naar robotoplossingen zal onder meer bestaan uit op afstand bestuurde voertuigen, onbemande oppervlaktevaartuigen en meer geavanceerde autonome onderwaterrobots. Deze technologieën zullen succesvol opereren onder omstandigheden die gevaarlijk of ontoegankelijk zijn voor mensen, en functioneren onder uiteenlopende uitdagende weersomstandigheden, op grotere diepten en gedurende langere perioden.
Onderzoekers die op dit gebied werken, hebben verschillende sleutelgebieden geïdentificeerd die meer verfijnde oplossingen vereisen. Bijvoorbeeld, onderwaterrobots moeten een precieze positionering behouden in turbulente zeeën — een uitdaging die het onderzoek waarmee we onze discussie begonnen hebben, als een belangrijke doorbraak adresseert.
Onderzoekers overwegen ook het gebruik van digitale tweelingen. Aangezien de robots van vandaag in staat zijn tot geavanceerde 3D‑mapping‑ en reconstructietechnologieën, kunnen ze gedetailleerde driedimensionale modellen van onderzeese infrastructuur creëren. Ingenieurs kunnen vervolgens deze ‘digitale tweelingen’ gebruiken om de ophoping van mariene organismen op turbine‑fundamenten te monitoren of potentiële structurele problemen te identificeren, alles vanuit de veiligheid van onshore controlekamers.
Een andere baanbrekende doorbraak in dit domein is het gecoördineerde gebruik van USV’s en ROV’s. USV’s fungeren als mobiele basisstations, die onderwater‑ROV’s inzetten en coördineren om uitgebreide inspecties van windfarm‑infrastructuur uit te voeren. Teams die dergelijke operaties uitvoeren, profiteren van geavanceerde AI‑ en besturingssystemen, waardoor deze robotunits met opmerkelijke precisie en efficiëntie door complexe onderwateromgevingen kunnen navigeren.
Volgens schattingen zou het gebruik van robot‑inspectiesystemen het brandstofverbruik voor onderhoudsmissies met tot 97 % kunnen verminderen — van 7.000 liter per dag tot slechts 200 liter.
Samengevat zijn de voordelen talrijk. Er zijn klimaatgevolgen door aanzienlijk verminderde CO₂‑emissies. Bedrijven profiteren op de lange termijn omdat deze oplossingen de totale productiekosten van hernieuwbare energie verlagen. En tenslotte profiteren de werknemers, met name die betrokken bij onderhoud en inspectie, van hogere veiligheidsnormen en de mogelijkheid van een aanzienlijk risicovrije werkomgeving.
Klik hier voor een lijst van top windenergie‑aandelen om in te investeren.
