機器人——未來海上風(fēng)電運維的“主力軍”

隨著全球海上風(fēng)電的快速發(fā)展，對海上風(fēng)機的運維變得愈發(fā)重要。對于海上風(fēng)機而言，除了承受與陸上風(fēng)機相同的濕熱、紫外線老化等常見的環(huán)境影響外，化學(xué)介質(zhì)尤其是鹽霧腐蝕也是困擾其運維的主要問題。

在海洋環(huán)境中對風(fēng)機進行維護，運維人員往往需要在海平面以上數(shù)十米甚至百米高空中進行作業(yè)，來完成對機艙、輪轂、葉片等部件的檢查；有時甚至還需潛入海底對風(fēng)機基礎(chǔ)及海纜進行檢查和維護。使用這種傳統(tǒng)的人工檢修方法，會使得風(fēng)機停機時間長，發(fā)電量損失嚴重；此外運維船只的使用費用也會占到海上風(fēng)電場運營和維護成本的很大一部分。

針對海上風(fēng)電的苛刻運維環(huán)境，各國都把目光轉(zhuǎn)向了機器人、無人機，以代替人工開展海上風(fēng)電機組的維護，有望在降低人員安全和運維風(fēng)險的同時，通過數(shù)據(jù)采集和遠程監(jiān)控實現(xiàn)海上風(fēng)電數(shù)字化和智能化運維。例如，江蘇風(fēng)洋風(fēng)電技術(shù)工程有限公司研發(fā)的風(fēng)電塔筒維護機器人，可全方位對風(fēng)機塔筒外壁進行清洗、除銹、涂裝等作業(yè)施工；歐洲建立的首個海上風(fēng)電運維機器人測試中心，可驗證機器人在極端天氣條件下，進行海上風(fēng)力基礎(chǔ)設(shè)施維護評估等解決方案。

近日，專門為維護和檢查海上風(fēng)機葉片而設(shè)計的、一種六足履帶式爬行機器人，已在英國布萊斯國家可再生能源中心進行了試驗，并成功通過了渦輪機行走測試。該機器人名為BladeBUG，利用真空粘合技術(shù)，可保持自身穩(wěn)定性和靈巧性，使步態(tài)適應(yīng)各種葉片曲面。

同時，此次試驗還驗證了“輔助系繩”的作用，它可以延長機器人在海上作業(yè)時間，并能快速地在葉片上布置和回收。據(jù)稱，BladeBUG及一系列智能機器人替代人工開展海上風(fēng)電維護，有望成為未來海上風(fēng)機葉片維護的“生力軍”。

與BladeBUG機器人研發(fā)目的一樣，2019年美國桑迪亞國家實驗室的研究人員曾測試了一種檢測風(fēng)電機組葉片損害的爬行機器人。他們表示，這種能夠爬上風(fēng)電機組塔架，并在葉片上爬行的自助式機器人設(shè)備比人工維護更安全、更仔細。同時，這種機器人還可以攜帶檢測工具，如相機、傳感器、人工智能設(shè)備等。

在某一研究項目中，桑迪亞國家實驗室為爬行機器人配備了掃描儀，該掃描儀可以搜索風(fēng)電機組葉片內(nèi)的潛在損壞。通過研究該機器人對一只損壞葉片進行測試檢查的現(xiàn)場視頻，研究人員發(fā)現(xiàn)，這一新的檢測方法可以很快地發(fā)現(xiàn)葉片損壞，并最大程度地降低損失或維修成本。

據(jù)介紹，在視覺檢查中，往往只能看到表面損傷。但是當(dāng)看到葉片外側(cè)裂縫時，損壞就已非常嚴重了，這就需要馬上進行一些非常昂貴的維修，或者甚至可能需要更換葉片。他們認為，例行檢查對于保持風(fēng)電機組的可利用率，以及發(fā)電量提升都至關(guān)重要。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，在一個典型的風(fēng)電項目全生命周期內(nèi)，一個先進的機器人系統(tǒng)預(yù)計可為其節(jié)省約3300萬美元的運維費用。

目前，BladeBUG機器人已經(jīng)加入了 MIMRee（一個極端環(huán)境下檢查、維護和修理平臺）項目。該項目由歐洲開發(fā)商聯(lián)合英國海上可再生能源孵化中心推出，以無人船為載體，利用無人機、機器人等多種智能化設(shè)備對海上風(fēng)機葉片表面進行檢查、測試和修理。

據(jù)了解，MIMRee項目匯集了機器人技術(shù)、無損檢測、人工智能、空間任務(wù)規(guī)劃、海洋和航空工程以及納米生物技術(shù)等領(lǐng)域的專業(yè)知識，八個領(lǐng)域的合作伙伴將以各領(lǐng)域的創(chuàng)新研究為基礎(chǔ)，其最終目的是開發(fā)一個整體的數(shù)字和機器人系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠通信和共享數(shù)據(jù)，并在復(fù)雜的維護任務(wù)中協(xié)同工作。

據(jù)悉，目前MIMRee研究人員正在使用船只到項目現(xiàn)場進行初步掃描，然后利用無人機對葉片進行視覺成像檢查，再將爬行機器人運送到葉片進行維修。這些機器人還可以使用電子皮來“感知”或“感覺”葉片表面的狀態(tài)并采集數(shù)據(jù)。