Rope Robotics’ Roboter-Reparatur an Rotorblättern von Windrädern zahlt sich nach sechs Monaten aus

Über 150 durch Regen beschädigten Rotorblätter von Onshore-Windkraftanlagen hat der patentierte Roboter des dänischen Unternehmens Rope Robotics, Weltmarktführer im Bereich der robotergestützten Rotorblattwartung, bereits repariert. In seinen über 18 Monaten in Betrieb auf drei Kontinenten hat der Roboter bewiesen, dass sich die Investition in die Roboter-Reparatur für den Anlagenbetreiber innerhalb von nur sechs Monaten amortisiert hat. Im Vergleich zu manuellen Alternativen kann der Roboter die Rotorblätter etwa viermal schneller und zur Hälfte der Kosten reparieren.

Ein zunehmendes Problem sind Schäden durch Regenerosion, die die aerodynamische Leistung der Rotorblätter beeinträchtigen: Das kann im schlimmsten Fall zum Ausfall der Anlage und zu teuren Ausfallzeiten führen. Die von Rope Robotics angebotenen Reparaturen stellen nicht nur die Leistung der Windkraftanlage wieder her, sondern sind auch schnell, kostengünstig und effizient sowie sicher für die Techniker, die die Arbeiten bei fast allen Wetterbedingungen durchführen können. Bisher mussten sich die Techniker von der Gondel zum Rotorblatt abseilen und mit schädlichen Chemikalien arbeiten: Eine risikoreiche Arbeitsumgebung, die wetterabhängig und kostenintensiv ist.

"Die Regenerosion ist bereits ein ernstes Problem, das sich mit den längeren Rotorblättern noch verschärft, da sie an ihrer Spitze Geschwindigkeiten von über 380 Stundenkilometern erreichen können. Regentropfen wirken bei dieser Geschwindigkeit wie ein Kugelhagel, der mit der Zeit die Vorderkante des Blattes beschädigt", erklärt Martin Huus Bjerge, CEO von Rope Robotics.

Effiziente, Vorderkanten-Reparaturen tragen zur Verlängerung der Lebensdauer einer der teuersten Komponenten einer Windkraftanlage bei, da die Rotorblätter etwa 25 bis 30 Prozent der Baukosten ausmachen.

Reparatur verbessert Jahresenergieleistung (AEP) um 3 Prozent

Der "BR-8"-Roboter von Rope Robotics kann die Energieleistung in weniger als einem Tag pro Rotorblatt um bis zu 3 Prozent steigern, und das zur Hälfte der Kosten im Vergleich zu manuellen Lösungen. Die neun Roboter, die Rope Robotics seit über 18 Monaten in Betrieb hat, haben bereits über 150 Rotorblätter in den USA, Kanada, Südafrika und Europa repariert.

"Die bisherigen Rückmeldungen unserer Kunden bestätigen unsere Berechnungen, dass sich die Investition in den Roboter-Reparaturservice bereits nach sechs Monaten ausgezahlt hat", sagt Martin Huus Bjerge.

"Unsere Roboterlösung wurde vor allem in Ländern wie den USA und Südafrika gut angenommen, da es dort einen Rückstau bei den Reparaturen gab. Der Roboter stellt daher derzeit zusätzliche Kapazitäten für den Markt zur Verfügung", fügt er hinzu.

Erste Offshore-Tests

Auf der Grundlage der Ergebnisse der Onshore-Reparaturen in Ländern wie Dänemark, Schweden und Deutschland werden derzeit Testreparaturen an Offshore-Windkraftanlagen durchgeführt, um die für Ende dieses Jahres geplante Markteinführung vorzubereiten.

Das Herzstück des Systems ist ein Roboter, der mit visuellen Sensoren und Reparaturwerkzeugen ausgestattet ist, die von einem flexiblen Arm präzise bedient werden, wobei die Techniker den Roboter von jedem beliebigen Standort aus - vor Ort oder aus der Ferne - überwachen.

Roboter wird an Seilen hochgezogen und greift das Blatt mit einem Vakuumsystem

Vor Ort wird der 150 kg schwere Roboter zunächst an Seilen befestigt, die in der Gondel verankert sind, bevor er vom Boden aus etwa 100 Meter auf das beschädigte Blatt gehoben wird, das in vertikaler Position fixiert wurde. Ein Vakuumsystem sorgt dafür, dass der Roboter fest mit dem Blatt verbunden bleibt, während Motoren die Bewegung über das Blatt ermöglichen. Mit seiner hochauflösenden Kamera und dem Laserscanner an Bord inspiziert der Roboter die Oberfläche und sendet die Bilder an den Techniker, der den Schaden diagnostiziert und über die Fernbedienung den Reparaturprozess sofort einleiten kann.

Reinigen, Schleifen und Wiederherstellen der Rotorblätter

Der dreistufige Reparaturprozess beginnt mit dem Schleifen der beschädigten Stelle, wobei mit angemessener Geschwindigkeit und Kraft eine strukturierte Oberfläche erzeugt wird. Ein zweites Werkzeug reinigt die Oberfläche mit einer Bürste und Alkohol, um Schmutz und Fett zu entfernen. Das patentierte Dosierwerkzeug trägt das LEP-Material (Leading Edge Protective) auf, während das ebenfalls patentierte Spachtelwerkzeug die optimale aerodynamische Blattform wiederherstellt und das Material gemäß den vordefinierten Standards glättet.

Fernsteuerung und Dokumentation über den Bildschirm

Ein Techniker steuert den Roboter über einen Bildschirm, auf dem er die Live-Bilder ansehen kann, und führt jeden Schritt mit gleichmäßig hoher Präzision aus, um die Qualität sicherzustellen. Alle Bilder werden aufgezeichnet und dienen als Dokumentation: Weltweit eine Anforderung für die Wartung von Windkraftanlagen.

Zwei Patente decken das Robotersystem, das Verfahren, das Spachtelwerkzeug und das Dosierwerkzeug ab. Nach fünf Jahren Entwicklung brachte Rope Robotics das System 2021 auf dem Markt.

"Die größte Herausforderung bestand darin, ein funktionierendes Dosier- und Spachtelwerkzeug zu entwickeln, das zähflüssiges Material sowohl sauber als auch flexibel für verschiedene Blatttypen auftragen kann. Dabei gibt es viele Variablen in den Arbeitsprozessen zu berücksichtigen wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Flüssigkeitsdynamik. Die Umsetzung in einen voll funktionsfähigen Roboter, der mittlerweile in Windparks auf der ganzen Welt eingesetzt wird, war eine mühsame, aber sehr befriedigende Aufgabe", fasst Martin Huus Bjerge zusammen.

Windparkbetreiber werden geschult

Wenn – in der Regel durch Drohnen – Schäden an den Blattkanten festgestellt werden, beauftragt der Windpark-Betreiber oder der für die Wartung zuständige Dienstleister Rope Robotics, die den Roboter zusammen mit Schulung und Support für die Techniker vor Ort liefern.

Erweitertes „Wetterfenster“ für Reparaturen

Der Roboter hat sich in der Praxis bei Windgeschwindigkeiten von bis zu 14 Metern pro Sekunde, einer relativen Luftfeuchtigkeit von bis zu 80 Prozent und Temperaturen von 0 bis 40 Grad Celsius bewährt.

Aktuelle Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten

Auf der Grundlage der Ergebnisse von über 150 weltweit durchgeführten Blattreparaturen investiert Rope Robotics in künstliche Intelligenz (KI), um in Zukunft autonome Reparaturen anbieten zu können.