Подводная робототехника для возобновляемых источников энергии

Ветряная ферма Gwynt Y Mor. Фото из Роско.

Исландские звуковые данные ADCP. Изображение от MarynSol.

Rovco запускает ROV на обследование ветропарка. Фото из Роско.

Ремус AUV развернут в Corran Narrows. Фото из MarynSol.

Previous Next

По мере увеличения парка флота морского возобновляемого возобновляемого источника энергии также будут расти пути снижения стоимости и повышения эффективности и безопасности операций и работ по техническому обслуживанию, с использованием робототехники и автономных систем. Говорит Элейн Маслин.

Робототехника и автономные системы перемещаются во многие области современной бытовой жизни. Становится все труднее избежать их, от наших телефонов до автомобильных систем и в настоящее время оффшорных проектов по возобновляемым источникам энергии.
Оба они рассматриваются как инструменты, которые делают в противном случае тупую, грязную или опасную работу без участия человека, но также как способ снизить эксплуатационные расходы и обеспечить более надежные повторяемые данные.
Морские возобновляемые источники энергии рассматриваются как пространство, созревшее для инноваций в этой области, особенно в отношении операций и технического обслуживания (O & M), которая является в значительной степени интенсивной человеческой деятельностью, ограниченной проблемами доступа, выше и ниже волн.
HOME Offshore (комплексная эксплуатация и техническое обслуживание энергии от оффшорных ветровых ферм), консорциум университетов, работающих по дистанционным и автономным технологиям инспекции для инспекции подводных кабелей, говорит, что 80-90% стоимости оффшорного O & M генерируется требованиями доступа и подводные инспекции могут быть медленными и дорогостоящими и часто включают ручной визуальный осмотр с большими краями ошибки.
Некоторые инспекционные потребности не ожидались, в том числе проблемы с совместным использованием, которые влияют на около 35-40% установленных монопольных фондов (в основном до 2012 года), вызванных суровой морской средой, в соответствии с Оффшорным ускорителем ветра (OWA) проект «Углеродный траст», поддерживаемый девятью разработчиками оффшорных ветров. Многие из структур, построенных после 2012 года, также нуждаются в мониторинге производительности, в то время как новые конструкции, такие как куртки, которые строятся с использованием сварных узлов, также будут представлять проблемы с инспекциями, говорит OWA.
Кроме того, в настоящее время 70% отказов подводного силового кабеля не могут контролироваться на месте, что препятствует точному мониторингу здоровья, говорит группа HOME Offshore. «Интегрируя технологии, такие как автономные подводные аппараты и передовые технологии сонара, мы получим новое представление о состоянии этих подводных активов», - говорит д-р Дэвид Флинн, директор Smart Systems Group в Университете Хериот-Ватт, и член группы HOME Offshore.
Там будет большой рынок для решения. В 2017 году в Европе было установлено около 3,1 ГВт новых мощностей по ветроэнергетике, что вдвое превышает мощность, установленную в 2016 году, согласно отраслевому органу WindEurope. К 2020 году WindEurope ожидает, что общая европейская оффшорная ветровая мощность составит 25 ГВт - со всей связанной с ней инфраструктурой.
По оценкам HOME Offshore, использование дистанционной инспекции и управление активами оффшорных ветровых электростанций и их связь с берегом может стать промышленностью на сумму до 2 млрд. Фунтов стерлингов в год к 2025 году, как раз в Великобритании. Катапульта Оффшорной возобновляемой энергии (ORE) в Великобритании предполагает, что 20-40% экономии может быть достигнуто за счет использования удаленных операций.
поверхность
Беспилотные надводные суда (USVs) могли быть частью решения, для передачи частей или персонала, а также для осмотра и наблюдения, Симон Чиземан, ведущий сектор, волна и приливная энергия, на катапульте морской добычи возобновляемой энергии (ORE), рассказал на конференции All Energy в Глазго в начале мая. «USVs могут использоваться для запуска небольших запчастей. Он (USV) мог работать в более широком погодном окне, никто не проголодался, и вы можете разместить там другие датчики, для мониторинга и безопасности кабелей, на одной универсальной платформе. Это могло бы позволить другие вещи, о которых мы пока не думали ».
По данным независимого провайдера ASV Global, около 60% эксплуатационных расходов на морские ветровые электростанции связаны с судами. Проект стоимостью 900 000 евро, поддерживаемый Innovate UK, 18-месячный проект под названием «Проект автономного судна Windfarm» (WASP), рассматривает то, что необходимо для использования USV в обслуживании оффшорной ветровой электростанции. WASP возглавляет ASV Global, в партнерстве с Катапультами ORE, с SeaRoc Group, Houlder и Университетом Плимута. Группа будет работать с Ørsted (ранее Dong Energy) в вариантах использования, относящихся к оффшорной ветровой ферме Hornsea One, в 140 км от побережья Йоркшира.
Некоторые технические проблемы для автономных систем, как поверхностных, так и подводных, включают в себя возможность навигации, предотвращение препятствий, самодиагностику и восстановление и интеграцию автономных систем в пилотируемые морские координированные системы, говорит Чиземан. Существуют также проблемы, связанные с безопасностью данных и взломом, которые могут привести к повреждению трансформатора или подстанции, а также к проблемам со стороны общества, независимо от автономных систем.
Однако USV и AUV уже используются в оффшорных возобновляемых источниках энергии в рамках операций по обследованию. Эдинбургская компания MarynSol использует USV для проведения быстрых обследований приливных систем, для помощи в исследованиях технико-экономических обоснований и проектирования массивов для приливных энергетических объектов.
Директор фирмы, д-р Джонатан Эванс, сказал All Energy, что использование USV, такого как C-Cat от ASV Global, или автономных подводных аппаратов (AUV), таких как Remus, с сенсорным пакетом и программным обеспечением SeaSmart от MarynSol, может означать быстрое мобильное наблюдений и автоматизированной обработки и отчетности.
«Использование роботизированных морских транспортных средств в качестве обзорной платформы снижает ограничения, связанные с издержками, рисками и физической выносливостью экипажа», - говорит он. «Автоматизация обработки данных снижает риски затрат и ошибок при ручной обработке / обработке данных».
При обычном подходе на судне будет использоваться статический ADCP, требующий экипажа, обычно в одном месте (или два или три, если вам повезет), по крайней мере в течение одного лунного месяца, за которым следует неделя (или более ) отчетов пост-обработки без прямых наблюдений по всему сайту массива, и вы можете только проверить модель имитации области в одном месте, говорит д-р Эванс.
Использование SeaSmart и мобильного ADCP на морском роботизированном автомобиле (AUV или USV) означает возможность охватить весь участок потенциального массива. «Он может ориентироваться на определенные приливы в течение короткого периода (3-4 дня)», - говорит Эванс. «Он имеет высокоавтоматизированную пост-обработку данных для обеспечения валидации крупной площади и быстрых результатов - обычно в течение часа или менее, что облегчает дополнительные немедленные последующие измерения».
В конце апреля MarynSol использовал C-Cat3 в Sound of Islay North Channel. Он запускал повторяющиеся ножки вокруг Звука, затем данные были уложены в стопку и могут быть нарезаны, а видео создано. Он показал много внутренней структуры данных, говорит Эванс, «вода перетекает друг в друга, отскакивая от батиметрии, 3-4 м / сек в некоторых местах, с интересными профилями сдвига».
Визуализация
В ряде проектов основное внимание уделяется технологиям подводной визуализации, поддерживаемым подводными аппаратами, для оценки активов, связанных с возобновляемыми источниками энергии на море. Проект OWA увидит, что Kraken Robotics демонстрирует свою подводную лазерную систему SeaVision 3D RGB на фундаменте. Первоначальная система, включающая камеру высокого разрешения и лазер для создания моделей встроенных точечных облаков, была разработана для развертывания на подводных роботизированных платформах, таких как ROV и AUV.
Другой проект, поддерживающий ORE Catapult, увидит, что Rovco на базе Бристоля использует технологию 3D-визуализации с подводными роботизированными системами для создания офшорных источников энергии, поддерживаемых программным обеспечением, основанным на искусственном интеллекте, для снижения затрат на инспекцию на 80%. Система перешла к полному тестированию и валидации в Национальном центре возобновляемой энергии ORE Catapult в Блит, на северо-востоке Англии.
цементный раствор
Для решения проблем, связанных с разломами и сварными швами на монопилях и куртках, OWA поддерживает ряд разработчиков подводных технологий, включая Oceaneering. Американская фирма является одной из двух компаний, поддерживающих разработку технологий контроля сварных швов на фундаменте. Oceaneering предложила инструмент, который будет прикреплен к структуре куртки, чтобы выполнить детальную проверку узлов сварных швов. Между тем, Kraken Robotics разработала устройство лазерной визуализации, которое может быть развернуто на ROV, которое может обнаружить дефекты мест обнаружения до того, как используется более ориентированный инструмент Oceaneering.
В рамках одного и того же проекта Uniper и Next Geosolutions разрабатывают технологии мониторинга подводных монополий и растворов. Работая с Британской геологической службой, компания Uniper предложила инструмент для проведения ультразвукового обследования с низкой частотой ультразвука на длине волны толщины раствора. Спектральные отражения от ультразвука могут быть истолкованы так, чтобы показывать зазоры или растворение в растворе.
Следующие Geosolutions, как часть консорциума с Hydrasun и Ashtead, также разрабатывают инструмент для проведения инспекции подводных растворов с использованием широкополосного контроля сонара, вдохновленного дельфинами для бутылочного носа. Это рассмотрит состояние затирки между компонентами стальной оболочки. Оффшорные испытания для всех поддерживаемых OWA технологий запланированы на это лето / осень 2018 года.
Подводные кабели
Мониторинг подводных кабелей может быть сложнее. В то время как большинство оффшорных ветроэнергетических сооружений были построены на мелководье, относительно близко к берегу, видимость плоха и часто происходят сильные течения. Силовые кабели, как правило, зарыты или покрыты песком, грязью или илом, что делает опрос традиционными методами. Песчаные берега в южном Северном море также могут резко меняться, в течение ночи.
AUV могут стать ключевым инструментом в этом развитии. ORE Catapult заявляет, что операторы оффшорной ветровой электростанции, использующие AUV, могут снизить их расчетную стоимость энергии (LCOE) на 0,8%. Применяя эту экономию средств для представительной оффшорной ветряной электростанции мощностью 400 МВт, сокращение LCOE на 0,8% приведет к экономии затрат в 1,6 млн. Фунтов стерлингов в год, говорится в сообщении организации. В течение нынешних 11 ГВт установленной европейской мощности в течение следующих 25 лет это могло бы равняться до 1,1 млрд. Фунтов стерлингов.
Одним из проектов в этом пространстве является Darlington-based Modus Seabed Intervention, резидентный проект док-станции AUV (см. MTR: май 2018 года), который поддерживается катапультой ORE. Это направлено на то, чтобы транспортные средства оставались в полевых условиях для обследования и проверки подводной инфраструктуры прибрежных ветровых электростанций, а не для поддержки вспомогательных судов.
Новые границы
Возможности инспекции будут еще более открытыми, поскольку новые горизонты откроются в районе морских возобновляемых источников энергии, не в последнюю очередь в рамках плавающего морского ветра. Хотя сегодня есть только один пилотный оффшорный ветропарк, Statoil's Hywind park offshore Peterhead, Scotland, с пятью ветряными турбинами, глобальный потенциал считается значительным. С более подводными компонентами, чем стационарные ветровые турбины, включая корпуса, швартовные линии, якоря и кабельные сети, здесь потенциально больше работы.
Действительно, Oceaneering International Services недавно была выбрана в качестве вкладчика в исследование, проведенное компанией Carbon Trust под названием «Совместное отраслевое партнерство с плавающим ветром» (JIP), поэтому оцените требования к мониторингу и инспекции для проектов с плавающим ветром.
Оффшорные возобновляемые источники энергии являются развивающимся рынком на пространстве O & M. По мере того, как будет построено больше объектов, увеличится случай использования роботизированных и автономных систем в рамках их операций и обслуживания.