Drohnen für Offshore-Windparks

Wartungsteams und Material müssen weite Wege zurücklegen, um Windkraft­anlagen auf hoher See zu erreichen. Können Drohnen Transport­aufgaben übernehmen und Wartungs­personal entlasten? Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR untersucht gemeinsam mit dem Energie­versorger EnBW die Möglichkeiten und Anforderungen. In diesem Zusammenhang hat ein unbemannter DLR-Klein­hubschrauber jetzt eine Windenergieanlage angeflogen und dabei automatisch mit der Anlage kommuniziert. Sieben kommerzielle Drohnen­hersteller werden an die Erkenntnisse anknüpfen, um die im DLR entwickelte Technologie weiter voran­zubringen. Dazu veranstalten DLR und EnBW im Juni 2024 die Offshore Drone Challenge im Nationalen Erprobungs­zentrum für Unbemannte Luftfahrtsysteme in Cochstedt.

Die Nachlauf­turbulenzen von Windturbinen können Drohnen stark beeinflussen. Die Drohne benötigt dann zum Beispiel sehr viel Energie, um die Luft­verwirbelungen auszusteuern. „Für einen automatisierten Einsatz im Windpark muss die Drohne deswegen mit den Anlagen Informationen austauschen“, sagt Sebastian Cain vom im Projekt federführenden DLR-Institut für Flugsystem­technik. Dabei ist es wichtig, dass sich die Drohne und die Windenergie­anlage gut „verstehen“. „Die Drohne soll selbst den besten Weg finden. Sie braucht dazu Daten von den Anlagen und eventuell müssen Windräder angehalten werden, damit die Drohne ihr Ziel sicher erreicht.“ Der Eingriff in die Anlage – und damit in die Energie­gewinnung – soll so gering wie möglich sein.

Anfang Oktober 2023 ist der unbemannte DLR-Klein­hubschrauber superARTIS im EnBW Windpark in Schwienau aufgestiegen. superARTIS hat Informationen zum Betriebsstatus der einzelnen Windturbinen, Wetterinformationen und Nachlauf­turbulenzen in die Berechnung seiner Flugroute einbezogen. Über Kommunikations­schnittstellen hat das Fluggerät seine Ankunft an einem Windrad angemeldet. Eine simulierte Leitwarte gab den Anflug frei und das angesteuerte Windrad stoppte. Das Fluggerät konnte sich gefahrlos nähern. Anschließend wurde die Anlage wieder aktiviert. Wenn die Drohne keine Freigabe erhalten hätte, wäre sie automatisch in eine Warte­schleife eingeflogen. Für ein realistisches Szenario haben die Forschenden eine Traglast am Fluggerät befestigt. Der Versuch fand nicht auf hoher See, sondern an Land statt, um die Experimente sicher und leichter durchzuführen. „Die Ergebnisse lassen sich aber auf Offshore-Anlagen übertragen. Die Verständigung zwischen Flug­gerät und Anlage wurde für den Offshore-Betrieb konzeptioniert und wird hierzu in Simulationen unter­sucht“, erklärt Sebastian Cain.

Der Flugversuch war ein wichtiger Zwischen­schritt im Projekt „Upcoming Drones Windfarm“ (UDW) von DLR und EnBW. Ziel des Projektes ist es, die Bedingungen und erfor­derlichen Schritte für die Realisierung des Drohnen­betriebs vorerst für den Material­transport, perspektivisch auch für den Personentransport, herauszufinden. Zum Projekt gehört auch die „Offshore Drone Challenge“ (ODC), bei der Drohnen-Hersteller und -Dienstleister geeignete Lösungen präsentieren werden. Die Akteure können von den aktuellen Forschungs­ergebnissen profitieren. Die Unternehmen Anavia, Flowcopter, Flying Basket, HyFly, NEXaero, Unmanned Helicopters und Volocopter wurden ausgewählt und stellen nun im Juni 2024 in Cochstedt ihre Technologien vor.

„Mit Blick auf die Anzahl sowie die Größe der Fluggeräte werden wir mehrere Premieren sehen“, sagt Sebastian Cain. „Darüber hinaus tragen sie alle dazu bei, dass die Offshore Drone Challenge zu einem Ort für Drohnen-Demon­strationen wird. Sie schafft außerdem Raum für einen Austausch zu Technologie, Wirtschaft und Regulatorik.“ Michael Splett von EnBW und Mitglied im Nationalen Drohnenrat des Bundes­ministeriums für Digitales und Verkehr, ergänzt: „Offshore-Windenergie ist unverzichtbar für die Energiewende und eine nachhaltige Energieversorgung. Als Betreiber ist es unsere Aufgabe, die beiden Technologien Windenergie und Schwerlast­drohnen zusammen­zubringen. Mit der ODC gehen wir demnach einen wichtigen Schritt, um die Realisierung des zukünftigen Drohnenbetriebs weiter zu erforschen.“

Im Mittelpunkt der Challenge in Cochstedt steht die Erprobung von Flug­manövern, die in der Betriebs- und Wartungs­logistik für Offshore-Windparks relevant sind. Dazu gehören sowohl Software-Themen als auch bauliche Modi­fikationen zur Verbindung der Systeme „Drohne“ und „Windpark“. Die Durchführung der Challenge erfolgt an Land, da dies deutlich sicherer, einfacher und kostengünstiger ist als der spätere Anwendungsfall mitten auf dem Meer. Die sieben Drohnen-Hersteller und -Dienstleister können ihre Techno­logien an zwei Tagen in einem Parcours unter Beweis stellen. Zu den verschiedenen Etappen gehören Aufgaben wie etwa möglichst automatisches Aufnehmen und Absetzen der Last oder ein Flug außerhalb der Sichtweite.

DLR / JOL