Intelligente Drohne für die intelligente Inspektion

Aufgrund ihrer exponierten Lage sind Blitzeinschläge in Windkraftanlagen keine Seltenheit. Im Durchschnitt wird jede Windturbine einmal im Jahr vom Blitz getroffen, die großen Multi-Megawatt-Anlagen sind jährlich sogar mindestens zehnmal direkten Blitzeinschlägen ausgesetzt. Die Einschläge können fatale Folgen haben: von Schäden an den Rotorblättern über reparaturbedingte Ausfälle bis hin zur Zerstörung oder zum Brand der gesamten Anlage.

Um den gravierenden Folgen von Blitzeinschlägen vorzubeugen, liegt es im eigenen Interesse der Betreiber, dass ihre Windkraftanlagen regelmäßig inspiziert und gewartet werden. Aber auch der Gesetzgeber und Versicherungen verlangen wiederkehrende Inspektionen, um Versorgungslücken und hohen Kosten vorzubeugen.

Zu einer Inspektion gehören Sichtprüfungen bei der Inbetriebnahme und regelmäßige Wiederholungsprüfungen. Bis dato wurde sie in der Regel von Industriekletterern durchgeführt, seit mehreren Jahren kommen aber auch pilotengesteuerte Drohnen zum Einsatz. Beide Methoden weisen allerdings Schwächen auf.

Industriekletterer mit Schwächen

Die Komponenten des äußeren Blitzschutzes befinden sich viele Meter über dem Erdboden. Ihre regelmäßige Sichtprüfung beziehungsweise die Fehlersuche durch Personen gestaltet sich entsprechend aufwendig: Man benötigt Industriekletterer, die vor Ort die Wartung und Messungen an den Blitzschutzkomponenten durchführen. So messen sie den niederohmigen Stromwiderstand zwischen den Fangeinrichtungen in den Rotorblättern sowie der Erdanschlussfahne im Turmfuß und stellen auf diesem Wege fest, ob ein Leiterbruch vorliegt.

Um ihn zu lokalisieren, muss der Industriekletterer möglicherweise Löcher in die Struktur des Rotorblatts bohren und es mithilfe einer Endoskopiekamera auf der gesamten Länge untersuchen. Hinzu kommt, dass professionelle Industriekletterer nur begrenzt verfügbar sind und bei ungünstigem Wetter ihre Arbeit unterbrechen müssen. Das kann zu erheblichen Verzögerungen und Zusatzkosten führen.

Um die Nachteile des Einsatzes von Industriekletterern zu umgehen, setzen Betreiber zunehmend Drohnen für die visuelle Inspektion der Rotorblätter und deren Rezeptoren ein. Ein spezialisierter Pilot steuert die mit einer Kamera ausgestattete Drohne. Gutachter werten das Bildmaterial anschließend aus.

Zum Fliegen der Drohne ist ein Pilot mit spezifischem Know-how notwendig, man begibt sich also in eine neue Abhängigkeit. Um den Komponenten für auswertbare Aufnahmen nahe genug zu kommen, sind oft schwierige Flugmanöver erforderlich oder gar nicht machbar. Doch damit nicht genug: Es ist mit der manuellen Steuerung unmöglich, den Abstand zu den Flügeln immer konstant zu halten, was die Reproduzierbarkeit bei nachfolgenden Inspektionen sehr schwierig macht.

Die intelligente Drohne fliegt autonom

Anders ist das bei einer mit entsprechend intelligenter Steuerung ausgestatteten Drohne. Sie führt die visuelle Inspektion automatisiert durch und liefert Aufnahmen mit minimaler Überlappung von allen vier Seiten der Flügel und des kompletten Turms. Es bedarf keines spezialisierten Piloten mehr. Damit sind nicht nur die Kapazitätsengpässe und die Abhängigkeit von externem Fachpersonal behoben, sondern Flexibilität und Schnelligkeit steigen enorm.

Möglich ist das mit der berührungslosen Blitzschutzmessung des Anbieters „TOPseven“ mit Sitz im bayerischen Starnberg. Der TÜV Süd hat in einer Validierung und Verifizierung bestätigt, dass das Messsystem nach Technischer Richtlinie des deutschen Bundesverbands Windenergie als alternative Prüfmethode für den Abschnitt des Blitzschutzsystems einer WEA geeignet ist, der von den Rezeptoren (Blitzfangeinrichtungen) bis zu den Blattflanschen der Rotorblätter reicht. Dem Messverfahren von Top Seven wurde im Juli 2021 das europäische Patent erteilt.

Die Kernidee des patentierten Verfahrens besteht in der nichtinvasiven Einspeisung eines elektromagnetischen Feldes in die Blitzschutzableitung und in dem berührungslosen Abflug der Rotorblätter mittels einer Drohne. Diese ist mit einem speziellen Sensor zur Feldmessung ausgestattet. Die so erfolgte Messung kann mithilfe einer speziellen Messtechnik und mathematisch-algorithmischer Verarbeitung die Funktionsfähigkeit einer Blitzschutzanlage schneller, effizienter und genauer feststellen. Auch die Lokalisierung von möglichen Schadstellen ist präzise möglich und damit für eine Reparatur auch nachträglich jederzeit nachvollziehbar.

Die drohnengestützte Inspektion einer Windkraftanlage erlaubt also neben der visuellen Inspektion erstmals auch eine berührungslose Blitzschutzmessung. Letztere ist bis dato einzigartig auf dem Markt. Bei der Weiterentwicklung der Technologie geht es aktuell darum, KI auch für die Bildanalyse einzusetzen. Indem sie die Fotos in der Cloud vorsortiert und optimiert, sinkt der Aufwand für den menschlichen Gutachter, während sich die Trefferquote erhöht.

* Florian Zimmer, Leiter Projektmanagement der Top Seven GmbH & Co. KG, Starnberg