机器人，未来海上风电运维的“主力军”
电气新科技2020-05-14 09:33
随着全球海上风电的快速发展，对海上风机的运维变得愈发重要。对于海上风机而言，除了承受与陆上风机相同的湿热、紫外线老化等常见的环境影响外，化学介质尤其是盐雾腐蚀也是困扰其运维的主要问题。
在海洋环境中对风机进行维护，运维人员往往需要在海平面以上数十米甚至百米高空中进行作业，来完成对机舱、轮毂、叶片等部件的检查；有时甚至还需潜入海底对风机基础及海缆进行检查和维护。使用这种传统的人工检修方法，会使得风机停机时间长，发电量损失严重；此外运维船只的使用费用也会占到海上风电场运营和维护成本的很大一部分。
针对海上风电的苛刻运维环境，各国都把目光转向了机器人、无人机，以代替人工开展海上风电机组的维护，有望在降低人员安全和运维风险的同时，通过数据采集和远程监控实现海上风电数字化和智能化运维。例如，江苏风洋风电技术工程有限公司研发的风电塔筒维护机器人，可全方位对风机塔筒外壁进行清洗、除锈、涂装等作业施工；欧洲建立的首个海上风电运维机器人测试中心，可验证机器人在极端天气条件下，进行海上风力基础设施维护评估等解决方案。
近日，专门为维护和检查海上风机叶片而设计的、一种六足履带式爬行机器人，已在英国布莱斯国家可再生能源中心进行了试验，并成功通过了涡轮机行走测试。该机器人名为BladeBUG，利用真空粘合技术，可保持自身稳定性和灵巧性，使步态适应各种叶片曲面。
同时，此次试验还验证了“辅助系绳”的作用，它可以延长机器人在海上作业时间，并能快速地在叶片上布置和回收。据称，BladeBUG及一系列智能机器人替代人工开展海上风电维护，有望成为未来海上风机叶片维护的“生力军”。
与BladeBUG机器人研发目的一样，2019年美国桑迪亚国家实验室的研究人员曾测试了一种检测风电机组叶片损害的爬行机器人。他们表示，这种能够爬上风电机组塔架，并在叶片上爬行的自助式机器人设备比人工维护更安全、更仔细。同时，这种机器人还可以携带检测工具，如相机、传感器、人工智能设备等。
在某一研究项目中，桑迪亚国家实验室为爬行机器人配备了扫描仪，该扫描仪可以搜索风电机组叶片内的潜在损坏。通过研究该机器人对一只损坏叶片进行测试检查的现场视频，研究人员发现，这一新的检测方法可以很快地发现叶片损坏，并最大程度地降低损失或维修成本。
据介绍，在视觉检查中，往往只能看到表面损伤。但是当看到叶片外侧裂缝时，损坏就已非常严重了，这就需要马上进行一些非常昂贵的维修，或者甚至可能需要更换叶片。他们认为，例行检查对于保持风电机组的可利用率，以及发电量提升都至关重要。据相关统计，在一个典型的风电项目全生命周期内，一个先进的机器人系统预计可为其节省约3300万美元的运维费用。
目前，BladeBUG机器人已经加入了 MIMRee（一个极端环境下检查、维护和修理平台）项目。该项目由欧洲开发商联合英国海上可再生能源孵化中心推出，以无人船为载体，利用无人机、机器人等多种智能化设备对海上风机叶片表面进行检查、测试和修理。
据了解，MIMRee项目汇集了机器人技术、无损检测、人工智能、空间任务规划、海洋和航空工程以及纳米生物技术等领域的专业知识，八个领域的合作伙伴将以各领域的创新研究为基础，其最终目的是开发一个整体的数字和机器人系统，该系统能够通信和共享数据，并在复杂的维护任务中协同工作。
据悉，目前MIMRee研究人员正在使用船只到项目现场进行初步扫描，然后利用无人机对叶片进行视觉成像检查，再将爬行机器人运送到叶片进行维修。这些机器人还可以使用电子皮来“感知”或“感觉”叶片表面的状态并采集数据。
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