Υποθαλάσσια ρομποτική για τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας

Το αιολικό πάρκο Gwynt Y Mor. Φωτογραφία από την Rovco.

Τα δεδομένα ADCP της Islay Sound. Εικόνα από το MarynSol.

Η Rovco εγκαινιάζει ένα ROV σε μια έρευνα αιολικού πάρκου. Φωτογραφία από την Rovco.

Ένα Remus AUV που αναπτύσσεται στο Corran Narrows. Φωτογραφία από το MarynSol.

Previous Next

Καθώς ο παγκόσμιος στόλος του στόλου αιολικής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές αυξάνεται, θα αυξηθούν επίσης οι τρόποι μείωσης του κόστους και αύξησης της αποδοτικότητας και της ασφάλειας των εργασιών και των εργασιών συντήρησης, χρησιμοποιώντας τη ρομποτική και τα αυτόνομα συστήματα. Ο Elaine Maslin αναφέρει.

Η ρομποτική και τα αυτόνομα συστήματα κινούνται σε πολλές περιοχές της σύγχρονης ζωής. Είναι όλο και πιο δύσκολο να τα αποφύγουμε, από τα τηλέφωνά μας έως τα συστήματα αυτοκινήτων και τώρα υπεράκτιες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας.
Και τα δύο θεωρούνται ως εργαλεία για να κάνουν διαφορετικά θαμπή, βρώμικη ή επικίνδυνη δουλειά, χωρίς ανθρώπινη συμμετοχή, αλλά και ως τρόπος μείωσης του λειτουργικού κόστους και παραγωγής πιο αξιόπιστων επαναλαμβανόμενων δεδομένων.
Οι ανανεώσιμες πηγές της θάλασσας θεωρούνται ως χώρος ώριμης για την καινοτομία σε αυτόν τον τομέα, ιδίως όσον αφορά τις δραστηριότητες και τη συντήρηση (O & M), η οποία είναι κατά κύριο λόγο ανθρώπινη εντατική δραστηριότητα, η οποία περιορίζεται από ζητήματα πρόσβασης πάνω και κάτω από τα κύματα.
Ο Όμιλος HOME Offshore, μια κοινοπραξία πανεπιστημίων που εργάζονται σε απομακρυσμένες και αυτόνομες τεχνολογίες επιθεώρησης για επιθεώρηση καλωδίων υποθαλάσσιων, αναφέρει ότι το 80-90% του κόστους του υπεράκτιου Ο & Μ δημιουργείται από τις απαιτήσεις πρόσβασης και ότι η ρουτίνα οι υποβρύχιες επιθεωρήσεις μπορεί να είναι αργές και δαπανηρές και συχνά περιλαμβάνουν χειροκίνητη οπτική επιθεώρηση με μεγάλα περιθώρια σφάλματος.
Ορισμένες ανάγκες επιθεώρησης δεν αναμένονταν, συμπεριλαμβανομένων των κοινών ζητημάτων, τα οποία έχουν ως αποτέλεσμα περίπου το 35-40% των εγκατεστημένων μονοπύλων θεμελιώσεων (κυρίως πριν από το 2012 εγκατεστημένες κατασκευές), που προκαλούνται από το σκληρό θαλάσσιο περιβάλλον, σύμφωνα με τον υπερεκμελητικό επιταχυντή ανέμου (OWA) ένα έργο Carbon Trust που υποστηρίζεται από εννέα υπεράκτιους αιολικούς προγραμματιστές. Πολλές από τις δομές που κατασκευάστηκαν μετά το 2012 θα χρειαστούν επίσης παρακολούθηση επιδόσεων, ενώ νέα σχέδια, όπως τα σακάκια, τα οποία κατασκευάζονται με συγκολλημένους κόμβους, θα παρουσιάσουν επίσης επιθεωρήσεις, λέει ο OWA.
Επιπρόσθετα, το 70% των καταστάσεων αποτυχίας του καλωδίου ισχύος του υποθαλάσσιου δικτύου δεν μπορεί να παρακολουθείται επιτόπου, εμποδίζοντας την ακριβή παρακολούθηση της υγείας, λέει η ομάδα off-shore HOME. "Με την ενσωμάτωση τεχνολογιών, όπως αυτόνομα υποβρύχια οχήματα και προηγμένη τεχνολογία σόναρ, θα αποκτήσουμε μια νέα εικόνα της κατάστασης αυτών των υποθαλάσσιων περιουσιακών στοιχείων", λέει ο Δρ. David Flynn, διευθυντής του Smart Systems Group στο Πανεπιστήμιο Heriot-Watt και μέλος της ομάδας Offshore HOME.
Θα υπάρξει μια μεγάλη αγορά για την αντιμετώπιση. Περίπου 3.1 GW νέας υπεράκτιας αιολικής χωρητικότητας εγκαταστάθηκε στην Ευρώπη το 2017, διπλασιάζοντας την εγκατεστημένη δυναμικότητα το 2016, σύμφωνα με την WindEurope, οργανισμό εμπορίου. Μέχρι το 2020, η WindEurope αναμένει μια συνολική ευρωπαϊκή υπεράκτια αιολική χωρητικότητα 25GW - με όλες τις σχετικές υποδομές που έρχονται μαζί της.
HOME Offshore εκτιμά ότι η χρήση απομακρυσμένων επιθεωρήσεων και διαχείρισης περιουσιακών στοιχείων των υπεράκτιων αιολικών πάρκων και των συνδέσεών τους με την ακτή θα μπορούσε να είναι μια βιομηχανία αξίας έως και £ 2 δισεκατομμύρια ετησίως έως το 2025, μόνο στο Ηνωμένο Βασίλειο. Η καταστροφή της Υπεράκτιας Ανανεώσιμης Πηγής Ενέργειας (ORE) του Ηνωμένου Βασιλείου εκτιμά ότι η εξοικονόμηση 20-40% θα μπορούσε να γίνει με τη χρήση απομακρυσμένων λειτουργιών.
Επιφάνεια
Τα μη επανδρωμένα σκάφη επιφανείας (USVs) θα μπορούσαν να αποτελέσουν μέρος της λύσης για τη μεταφορά εξαρτημάτων ή προσωπικού, αλλά και η έρευνα και η επιτήρηση, Simon Cheeseman, τομέας μόλυβδου, κυμάτων και παλιρροϊκής ενέργειας, στην καταστροφή των υπεράκτιων ανανεώσιμων πηγών ενέργειας (ORE) στη Γλασκώβη στις αρχές Μαΐου. "Οι συσκευές USV θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την εκτέλεση μικρών ανταλλακτικών. Αυτό (USV) θα μπορούσε να λειτουργήσει σε ένα ευρύτερο παράθυρο καιρού, κανείς δεν πεινάει και μπορείτε να βάλετε και άλλους αισθητήρες για παρακολούθηση καλωδίων και ασφάλεια, όλα σε μια ενιαία πλατφόρμα πολλαπλών χρήσεων. Θα μπορούσε να επιτρέψει και άλλα πράγματα που δεν έχουμε σκεφτεί μέχρι στιγμής. "
Σύμφωνα με την ASV Global, ένας αυτόνομος πάροχος σκαφών, μέχρι και το 60% των υπεράκτιων εξόδων εκμετάλλευσης των αιολικών πάρκων σχετίζονται με τα πλοία. Ένα έργο ύψους 900.000 δολαρίων, το οποίο υποστηρίζεται από το Innovate UK, το οποίο ονομάζεται Windsurf Autonomous Ship Project (WASP), εξετάζει το τι χρειάζεται για τη χρήση των USVs στη συντήρηση αιολικών πάρκων στην ανοικτή θάλασσα. Το WASP διευθύνεται από την ASV Global, σε συνεργασία με την ORE Catapult, με τον Όμιλο SeaRoc, τον Houlder και το Πανεπιστήμιο του Plymouth. Η ομάδα θα συνεργαστεί με το Ørsted (προηγουμένως Dong Energy) σε περιπτώσεις χρήσης, σχετικές με το αιολικό πάρκο ανοικτής θαλάσσης Hornsea One, 140 χλμ. Από την ακτή του Yorkshire.
Ορισμένες από τις τεχνικές προκλήσεις για αυτόνομα συστήματα τόσο επιφανειακά όσο και υποθαλάσσια περιλαμβάνουν την δυνατότητα πλοήγησης, την αποφυγή εμποδίων, την αυτοδιάγνωση και την ανάκτηση και την ενσωμάτωση αυτόνομων συστημάτων σε επανδρωμένα θαλάσσια συντονισμένα συστήματα, λέει ο Cheeseman. Υπάρχουν επίσης ανησυχίες, γύρω από την ασφάλεια των δεδομένων και την πειρατεία, που θα μπορούσαν να προκαλέσουν ζημιά σε μετασχηματιστή ή υποσταθμό, καθώς και κοινωνικές ανησυχίες γύρω από αυτόνομα συστήματα.
Ωστόσο, οι USV και οι AUV χρησιμοποιούνται ήδη σε υπεράκτιες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας ως μέρος των ερευνών. Το MarynSol που εδρεύει στο Εδιμβούργο χρησιμοποιεί τις συσκευές USV για να πραγματοποιεί ταχείες έρευνες για τα παλιρροιακά συστήματα, για να βοηθήσει σε μελέτες σκοπιμότητας και σχεδιασμό συστοιχιών για περιοχές παλιρροϊκής ενέργειας.
Ο διευθυντής της εταιρείας, ο Δρ Jonathan Evans, δήλωσε στην All Energy ότι η χρήση ενός USV, όπως το C-Cat της ASV Global ή ένα αυτόνομο υποβρύχιο όχημα (AUV), όπως ένα Remus, με ένα πακέτο αισθητήρων και το λογισμικό SeaSmart της MarynSol, παρατηρήσεις και αυτοματοποιημένη επεξεργασία και αναφορά.
"Η χρήση ρομποτικών θαλάσσιων οχημάτων ως πλατφόρμα έρευνας μειώνει τους περιορισμούς που προκαλούνται από το κόστος, τους κινδύνους και τη σωματική αντοχή του πληρώματος", λέει. "Η αυτοματοποίηση της επεξεργασίας δεδομένων μειώνει το κόστος και τους κινδύνους σφάλματος του χειροκίνητου χειρισμού / επεξεργασίας των δεδομένων."
Με μια συμβατική προσέγγιση, ένα στατικό ADCP θα χρησιμοποιηθεί σε ένα σκάφος, απαιτώντας ένα πλήρωμα, συνήθως σε μία μόνο θέση (ή δύο ή τρεις, εάν είστε πολύ τυχεροί), τουλάχιστον για ένα σεληνιακό μήνα, ακολουθούμενο από μία εβδομάδα ) της μετά την επεξεργασία των εκθέσεων χωρίς άμεσες παρατηρήσεις σε ολόκληρο το site σειρά και μπορείτε να επικυρώσετε μόνο ένα προσομοίωση περιοχής μοντέλο σε μια ενιαία τοποθεσία, λέει ο Δρ Evans.
Η χρήση του SeaSmart και ενός κινητού ADCP σε ένα θαλάσσιο ρομποτικό όχημα (AUV ή USV) σημαίνει ότι είναι σε θέση να καλύψει ολόκληρη την πιθανή περιοχή συστοιχιών. "Μπορεί να στοχεύσει συγκεκριμένες παλίρροιες σε σύντομο χρονικό διάστημα (3-4 ημέρες)", λέει ο Evans. "Έχει άκρως αυτοματοποιημένη μετα-επεξεργασία δεδομένων για την παροχή επικύρωσης μοντέλου μεγάλης έκτασης και ταχεία αποτελέσματα - συνήθως μέσα σε μια ώρα ή λιγότερο, η οποία διευκολύνει επιπλέον άμεσες μετρήσεις παρακολούθησης".
Στα τέλη Απριλίου, η MarynSol χρησιμοποίησε ένα C-Cat3 στο Sound of Islay North Channel. Έτρεξε επαναλαμβανόμενα πόδια γύρω από τον Ήχο, έπειτα τα δεδομένα στοιβάζονται και μπορούν να τεμαχιστούν και να δημιουργηθεί ένα βίντεο. Έδειξε πολλή εσωτερική δομή στα δεδομένα, λέει ο Evans, "πάνω από το νερό που ρέει το ένα πάνω στο άλλο αναπηδώντας από τη βαθυμετρία, 3-4m / sec σε ορισμένα μέρη, με ενδιαφέροντα προφίλ διάτμησης".
Οραματισμός
Ορισμένα έργα επικεντρώνονται σε τεχνολογίες υποθαλάσσιου οπτικοποίησης που υποστηρίζονται από υποθαλάσσια οχήματα, προκειμένου να εκτιμηθούν τα περιουσιακά στοιχεία για ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Ένα έργο OWA θα δει Kraken Robotics να επιδείξει το SeaVision 3D RGB υποβρύχιο σύστημα απεικόνισης λέιζερ σε ιδρύματα. Ένα αρχικό σύστημα, με ενσωματωμένη κάμερα υψηλής ανάλυσης και λέιζερ για τη δημιουργία μοντέλων σύννεφων σημείων, σχεδιάστηκε για ανάπτυξη σε υποβρύχιες ρομποτικές πλατφόρμες όπως ROVs και AUVs.
Ένα άλλο έργο, με την υποστήριξη της ORE Catapult, θα δει την εταιρεία Rovco που βασίζεται στο Μπρίστολ να χρησιμοποιεί την τεχνολογία τρισδιάστατης απεικόνισής της με υποβρύχια ρομποτικά συστήματα για να απεικονίσει υπεράκτια αιολικά θεμέλια, υποστηριζόμενα από λογισμικό με τεχνητή νοημοσύνη, για μείωση του κόστους επιθεώρησης κατά 80%. Ένα σύστημα κινήθηκε προς πλήρη δοκιμή και επικύρωση στο Εθνικό Κέντρο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας του ORE Catapult στο Blyth της βορειοανατολικής Αγγλίας.
Ενέματα
Προκειμένου να αντιμετωπιστούν τα προβλήματα που σχετίζονται με τις ενέσεις και τα ελαττώματα συγκόλλησης σε μονοπώλια και μπουφάν, το OWA υποστηρίζει ορισμένους υποθαλάσσιους κατασκευαστές τεχνολογίας, συμπεριλαμβανομένου του Oceaneering. Η εταιρεία με έδρα τις ΗΠΑ είναι μία από τις δύο που υποστηρίζεται για την ανάπτυξη τεχνολογιών επιθεώρησης συγκολλήσεων θεμελίωσης μπουφάν. Η Oceaneering έχει προσφέρει ένα εργαλείο το οποίο θα προσαρτηθεί στη δομή του σακακιού για να εκτελέσει μια λεπτομερή σάρωση συγκολλήσεων κόμβων. Η Kraken Robotics, εν τω μεταξύ, ανέπτυξε συσκευή απεικόνισης λέιζερ, η οποία μπορεί να αναπτυχθεί σε ένα ROV, το οποίο θα μπορούσε να βρει εντοπίσει ελαττώματα πριν χρησιμοποιηθεί το πιο στοχευμένο εργαλείο Oceaneering.
Στο πλαίσιο του ίδιου έργου, οι Uniper και οι Next Geosolutions αναπτύσσουν τεχνολογίες επιφανειακών επιφανειακών επιφανειακών επιφανειακών επιφανειών. Εργαζόμενος με τη Βρετανική Γεωλογική Έρευνα, η Uniper προσέφερε ένα εργαλείο για την επιθεώρηση υπερήχων χαμηλής συχνότητας στο μήκος κύματος του πάχους του ενέματος. Οι αντανακλάσεις φάσματος από τον υπέρηχο μπορούν να ερμηνευθούν για να δείξουν κενά ή διάλυση στο ενέματα.
Επόμενη Geosolutions, ως μέρος μιας κοινοπραξίας με τους Hydrasun και Ashtead, αναπτύσσει επίσης ένα εργαλείο για την εκτέλεση επιθεώρησης ενέματος υποθαλάσσιων επιφανειών χρησιμοποιώντας ευρυζωνική επιθεώρηση σόναρ, εμπνευσμένη από δελφίνια μύτης μπουκαλιών. Αυτό θα εξετάσει την κατάσταση ενέματος μεταξύ εξαρτημάτων χάλυβα σακάκι. Οι δοκιμές ανοικτής θάλασσας για όλες τις τεχνολογίες που υποστηρίζονται από το OWA σχεδιάζονται για αυτό το καλοκαίρι / φθινόπωρο του 2018.
Υποθαλάσσια καλώδια
Παρακολούθηση καλωδίων subsea μπορεί να είναι μια πιο δύσκολη εργασία. Ενώ τα περισσότερα υπεράκτια αιολικά πάρκα έχουν χτιστεί σε ρηχά νερά, σχετικά κοντά στην ακτή, η ορατότητα είναι κακή και συχνά υπάρχουν ισχυρά ρεύματα. Τα καλώδια ρεύματος είναι συνήθως θαμμένα ή καλύπτονται από άμμο, λάσπη ή λάσπη, κάνοντας την έρευνα με παραδοσιακές μεθόδους προκλητική. Οι τράπεζες άμμου στη νότια Βόρεια Θάλασσα μπορούν επίσης να μετατοπιστούν δραματικά, κατά τη διάρκεια της νύχτας.
Τα AUVs θα μπορούσαν να αποτελέσουν βασικό εργαλείο για την εξέλιξη αυτή. ORE Catapult λέει ότι οι υπεράκτιες επιχειρήσεις εκμετάλλευσης αιολικών πάρκων που χρησιμοποιούν AUVs μπορούν να μειώσουν το επίπεδο κόστους ενέργειας τους (LCOE) κατά 0,8%. Εφαρμόζοντας αυτή την εξοικονόμηση κόστους για ένα αντιπροσωπευτικό υπεράκτιο αιολικό πάρκο 400MW, μια μείωση κατά 0,8% LCOE θα αποφέρει εξοικονόμηση κόστους ύψους £ 1,6 εκατομμυρίων το χρόνο, σύμφωνα με την οργάνωση. Σε όλη την τρέχουσα 11GW εγκατεστημένης ευρωπαϊκής χωρητικότητας τα επόμενα 25 χρόνια, αυτό θα μπορούσε να ισοδυναμεί με £ 1,1 δισ.
Ένα από τα έργα αυτού του χώρου είναι το σταθμό DU του σταθμού AUV του Modus Seabed Intervention στο Darlington (βλέπε MTR: Μάιος 2018), το οποίο υποστηρίζεται από το ORE Catapult. Στόχος είναι να παραμείνουν τα οχήματα στο πεδίο για να ερευνήσουν και να επιθεωρήσουν την υποθαλάσσια υποδομή υπεράκτιων αιολικών πάρκων, αντί να χρειάζεται να υποστηρίζονται από σκάφη υποστήριξης.
Νέα σύνορα
Οι ευκαιρίες επιθεώρησης θα ανοίξουν περαιτέρω καθώς ανοίγονται νέα σύνορα στον υπεράκτιο χώρο των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, και μάλιστα στο πλαίσιο της επίπλευσης υπεράκτιας αιολικής ενέργειας. Ενώ σήμερα υπάρχει μόνο ένα πιλοτικό αιολικό πάρκο που λειτουργεί σήμερα, το πάρκο Hywind του Statoil, off-shore Peterhead, Σκωτία, με πέντε πλωτές ανεμογεννήτριες, το παγκόσμιο δυναμικό θεωρείται σημαντικό. Με περισσότερα εξαρτήματα υποθαλάσσια από τις ανεμογεννήτριες με σταθερό πυθμένα, συμπεριλαμβανομένων των κύριων, των αγκυροβολίων, των αγκυρών και της καλωδίωσης, υπάρχει ενδεχομένως περισσότερη δουλειά εδώ.
Πράγματι, η Oceaneering International Services επιλέχθηκε πρόσφατα ως συνεισφέρων στη μελέτη Carbon Trust-led Floating Wind Joint Partnership (JIP), προκειμένου να εκτιμήσει τις απαιτήσεις παρακολούθησης και επιθεώρησης για σχέδια πλωτών ανέμων.
Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας είναι μια αναδυόμενη αγορά στον χώρο O & M. Καθώς δημιουργούνται περισσότερες εγκαταστάσεις, θα αυξηθεί η περίπτωση χρήσης ρομποτικών και αυτόνομων συστημάτων στο πλαίσιο των λειτουργιών και της συντήρησής τους.