Дроны в сфере ветроэнергетики

Несмотря на задержки и временные остановки строительства, связанные с COVID-19, возобновляемые источники энергии не теряют популярность и по прогнозам экспертов, должны стать крупнейшим источником производства электроэнергии в мире к 2025 году. Ожидается, что через 4-5 лет порядка 30% электроэнергии будет производиться с помощью ветра. Поэтому важно, чтобы владельцы ветряных электростанций поддерживали работу турбин на пике мощности и продлевали жизнеспособный срок службы своих активов, с целью максимизировать рентабельность инвестиций.

Зачем нужен осмотр ветряных турбин

Ежедневно элементы ветряных турбин вынуждены сталкиваться с внешними факторами, среди которых град, снег, молния, дождь, соль. Помимо воздействия окружающей среды, турбинные лопасти также могут подвергаться деформации при экстремальных нагрузках или вследствие производственных дефектов, ведущих к отслоению. Обычно при осмотре ветряных турбин обнаруживают следующие неполадки основных элементов:

• Башня — трещины, повреждения, отслоение краски, коррозия.
• Лопасти — трещины, сколы, отслоение краски, деформация, следы от ударов молнии, попадание воды.
• Гондола — следы молнии, трещины, коробление, коррозия, растрескивание масла, отслоение краски.
• Ступица — перекос, неплотное соединение, деформация.

Согласно исследованиям, при отсутствии профилактического обслуживания каждый отказ турбины может стоить владельцам активов до 30 000 долларов ежегодно на ремонт и запасные части. Снижение доходов в результате потери производственных дней является дополнительной проблемой, как в случае длительных сроков поставки капитальных компонентов, так и по причине запланированных остановок, таких как ручные или наземные проверки.

Проблемы с традиционными методами проверки ветряных турбин

Обычно управляющие активами используют два основных метода проверки компонентов ветряных турбин, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки.

1. Канатный доступ или платформа. Наиболее широко используемый метод как для осмотра, так и для ремонта. Позволяет более детально рассмотреть дефекты, оценить серьезность и степень повреждения и при необходимости устранить мелкие неисправности. Обычно на объекте требуется более 3 человек, что приводит к высоким затратам на рабочую силу. Также этот метод занимает много времени, как правило, техники могут проверять не более 1-2 турбины в день. Из-за высотных работ увеличивается фактор риска, что влечет за собой дополнительные расходы на страхование.
2. Наземный осмотр. Метод, при котором фотограф использует телеобъектив для получения изображений лопастей. Он безопаснее, по сравнению с веревочным доступом, поскольку специалист остается на земле, нет необходимости останавливать ветряную турбину при слабом ветре, для проверки нужен только один человек. Но этот способ также отличается довольно низким качеством данных, особенно в случае затененных участков или быстро движущихся частей лопастей. Учитывая, что для захвата каждой стороны лезвия требуются разные настройки камеры, этот метод становится довольно трудоемким. Кроме того, невозможно измерить и локализовать повреждения из-за разного угла захвата изображений.

Революционное влияние дронов на инспекции ветряных турбин

Чтобы преодолеть ключевые проблемы, связанные с низкой эффективностью, высокими затратами и плохим качеством данных, многие операторы ветряных электростанций по всему миру начали использовать дроны для инспекций ветряных турбин.

В греческом городе Триполи компания I. D. S. – Industrial Drone Services (поставщик услуг беспилотных летательных аппаратов, основанная в 2017 году в Афинах, Греция), в паре со своим клиентом Eunice Energy Group (одним из пионеров в области возобновляемых источников энергии в Греции) использовали беспилотные платформы DJI для проверки ветроэлектростанции общей мощностью 34,5 МВт.

Зимой, когда в среднем световой день составляет менее 10 часов, использование традиционных методов инспекции было бы чрезвычайно трудоемким и, следовательно, дорогостоящим. Обычно полная проверка одной ветряной турбины с инспекторами, работающими на высоте, требует от 3 до 6 часов, без учета длительных процедур на подготовку и обеспечение безопасности. С другой стороны, благодаря ветроустойчивости, дронам DJI требуется всего около 45 минут, чтобы полностью осмотреть одну турбину. Это позволило за три дня осмотреть всю ферму из 15 турбин. IDS разработала как ручные, так и автоматизированные методы проверки и сегодня является одним из лидеров в этой отрасли.

Давайте подробнее рассмотрим, все особенности и преимущества беспилотных технологий в этой отрасли.

Дроны для осмотра башни ветряных турбин

Башня имеет три основных компонента — фундамент, фланцы (соединение между силовыми частями) и верхнее соединение с гондолой. Дрон облетает башню, собирая данные со всех четырех сторон. Основные проблемы, которые обычно обнаруживаются при этом осмотре, включают коррозию, грибок и утечку масла. Иногда также могут наблюдаться трещины на поверхности вокруг башни возле фундамента.

Дроны для осмотра гондолы и ступицы ветряных турбин

В гондоле есть несколько участков, которые необходимо тщательно осмотреть. Инспектор обычно обращает внимание на любые повреждения болтов, трещины на поверхности, утечки масла, повреждения метеорологической мачты и оборудования, а также отсутствующие или изношенные детали и крышки. Гондолу следует осматривать со всех сторон.

Дроны для проверки лопастей ветряных турбин

Осмотр лопастей можно проводить тремя способами:

1. Положение лезвия на 12 часов: в этой технике каждое лезвие вручную позиционируется лицевой стороной вверх. Дрон летает в ручном или автоматическом режиме с четырех сторон, полностью закрывая поверхность лезвия и удерживая камеру под углом 0 градусов, обращенную вертикально к поверхности.
2. Положение лезвия на 6 часов: каждое лезвие вручную устанавливается лицевой стороной вниз. Дрон летит автоматически или в ручном режиме по трем сторонам, удерживая камеру под углом 0 градусов, обращенную вертикально к поверхности.
3. Фиксированное положение: ветряная турбина вручную останавливается в определенном или случайном положении. Дрон в автоматическом режиме полета обследует лезвие с четырех сторон, собирая данные на поверхности.

Решения DJI для инспекции ветряных турбин

Matrice 210 RTK V2

Модуль RTK на M210 V2 повышает стабильность полета и позволяет дрону безопасно летать рядом с металлическими объектами, такими как столб турбины. Корпус имеет степень защиты IP43, что обеспечивает большую адаптивность к неблагоприятным условиям окружающей среды. А в случае автоматизированной проверки M210 RTK V2 предлагает простую загрузку и выполнение предварительно запрограммированных полетных заданий. В соответствии с требованиями, на дрон может быть установлено несколько видов полезной нагрузки. Камера с зумом DJI Zenmuse Z30 в конфигурации с двойной полезной нагрузкой позволяет оператору легко снимать крупным планом. С помощью X5S и X7, наряду с телеобъективом, можно снимать изображения в формате RAW высокой четкости с возможностью дальнейшей постобработки. С помощью тепловизора XT2 можно зафиксировать тепловой профиль лезвия, чтобы найти возможные признаки расслоения или проникновения воды.

Matrice 300 RTK

Благодаря 55-минутной продолжительности полета и сопротивлением ветру 15 м/с, M300 RTK с гибридной полезной нагрузкой H20T может полностью проверить все три лопасти турбины без необходимости заменять батарею. Платформа оснащена системой предотвращения препятствий на 360 градусов и защитой IP45, это значит, что ее можно использовать для выборочных проверок и в плохую погоду. Зум-камера высокой четкости H20T и тепловизионная камера высокого разрешения демонстрируют самые подробные результаты, кроме того, можно использовать лазерный дальномер M300 RTK для дальнейших расчетов.

Оптимизация работы ветроэлектростанций с помощью БПЛА

Можно с уверенностью сказать, что точное и близкое представление потенциальных дефектов и качественных данных, которые могут быть использованы для создания подробных отчетов о проверке, вплоть до миллиметрового уровня, поможет руководителям ветряных электростанций снизить потери эффективности и затраты на ремонт. Ветроустойчивые дроны DJI можно запустить в воздух в течение нескольких минут, чтобы собрать как визуальные, так и тепловые данные за очень короткое время, без привлечения технических специалистов, которые остаются на земле в полной безопасности. При повторных и последовательных профилактических инспекциях с помощью БПЛА производство энергии может быть максимизировано и направлено на все нужды народного хозяйства.