Wartungsteams und Material müssen weite Wege zurücklegen, um Windkraftanlagen auf hoher See zu erreichen. Können Drohnen Transportaufgaben übernehmen und Wartungspersonal entlasten? Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) untersucht gemeinsam mit dem Energieversorger EnBW die Möglichkeiten und Anforderungen. In diesem Zusammenhang hat ein unbemannter DLR-Kleinhubschrauber jetzt eine Windenergieanlage angeflogen und dabei automatisch mit der Anlage kommuniziert. Sieben kommerzielle Drohnenhersteller werden an die Erkenntnisse anknüpfen, um die im DLR entwickelte Technologie weiter voranzubringen. Dazu veranstalten DLR und EnBW im Juni 2024 die Offshore Drone Challenge im Nationalen Erprobungszentrum für Unbemannte Luftfahrtsysteme in Cochstedt.
Die Nachlaufturbulenzen von Windturbinen können Drohnen stark beeinflussen. Die Drohne benötigt dann zum Beispiel sehr viel Energie, um die Luftverwirbelungen auszusteuern. „Für einen automatisierten Einsatz im Windpark muss die Drohne deswegen mit den Anlagen Informationen austauschen“, sagt Sebastian Cain vom im Projekt federführenden DLR-Institut für Flugsystemtechnik. Dabei ist es wichtig, dass sich die Drohne und die Windenergieanlage gut „verstehen“. „Die Drohne soll selbst den besten Weg finden. Sie braucht dazu Daten von den Anlagen und eventuell müssen Windräder angehalten werden, damit die Drohne ihr Ziel sicher erreicht.“ Der Eingriff in die Anlage – und damit in die Energiegewinnung – soll so gering wie möglich sein.
Kommunikation zwischen Windparksystem und superARTIS erfolgreich demonstriert
Anfang Oktober 2023 ist der unbemannte DLR-Kleinhubschrauber superARTIS im EnBW Windpark in Schwienau (Niedersachsen) aufgestiegen. superARTIS hat Informationen zum Betriebsstatus der einzelnen Windturbinen, Wetterinformationen und Nachlaufturbulenzen in die Berechnung seiner Flugroute einbezogen. Über Kommunikationsschnittstellen hat das Fluggerät seine Ankunft an einem Windrad angemeldet. Eine simulierte Leitwarte gab den Anflug frei und das angesteuerte Windrad stoppte. Das Fluggerät konnte sich gefahrlos nähern. Anschließend wurde die Anlage wieder aktiviert. Wenn die Drohne keine Freigabe erhalten hätte, wäre sie automatisch in eine Warteschleife eingeflogen. Für ein realistisches Szenario haben die Forschenden eine Traglast am Fluggerät befestigt. Der Versuch fand nicht auf hoher See, sondern an Land statt, um die Experimente sicher und leichter durchzuführen. „Die Ergebnisse lassen sich aber auf Offshore-Anlagen übertragen. Die Verständigung zwischen Fluggerät und Anlage wurde für den Offshore-Betrieb konzeptioniert und wird hierzu in Simulationen untersucht“, erklärt Sebastian Cain.
Kommerzielle Akteure profitieren von Forschungsergebnissen
Der Flugversuch war ein wichtiger Zwischenschritt im Projekt „Upcoming Drones Windfarm“ (UDW) von DLR und EnBW. Ziel des Projektes ist es, die Bedingungen und erforderlichen Schritte für die Realisierung des Drohnenbetriebs vorerst für den Materialtransport, perspektivisch auch für den Personentransport, herauszufinden. Zum Projekt gehört auch die „Offshore Drone Challenge“ (ODC), bei der Drohnen-Hersteller und -Dienstleister geeignete Lösungen präsentieren werden. Die Akteure können von den aktuellen Forschungsergebnissen profitieren. Die Unternehmen Anavia, Flowcopter, Flying Basket, HyFly, NEXaero, Unmanned Helicopters und Volocopter wurden ausgewählt und stellen nun im Juni 2024 in Cochstedt ihre Technologien vor.
„Mit Blick auf die Anzahl sowie die Größe der Fluggeräte werden wir mehrere Premieren sehen“, sagt Sebastian Cain. „Darüber hinaus tragen sie alle dazu bei, dass die Offshore Drone Challenge zu einem Ort für Drohnen-Demonstrationen wird. Sie schafft außerdem Raum für einen Austausch zu Technologie, Wirtschaft und Regulatorik.“ Dr. Michael Splett, Leiter im Betrieb Offshore Wind bei der EnBW und Mitglied im Nationalen Drohnenrat des Bundesministeriums für Digitales und Verkehr (BMDV), ergänzt: „Offshore-Windenergie ist unverzichtbar für die Energiewende und eine nachhaltige Energieversorgung. Als Betreiber ist es unsere Aufgabe, die beiden Technologien Windenergie und Schwerlastdrohnen zusammenzubringen. Mit der ODC gehen wir demnach einen wichtigen Schritt, um die Realisierung des zukünftigen Drohnenbetriebs weiter zu erforschen.“
Erprobung von Flugmanövern bei der Offshore Drone Challenge in Cochstedt
Im Mittelpunkt der Challenge in Cochstedt steht die Erprobung von Flugmanövern, die in der Betriebs- und Wartungslogistik für Offshore-Windparks relevant sind. Dazu gehören sowohl Software-Themen als auch bauliche Modifikationen zur Verbindung der Systeme „Drohne“ und „Windpark“. Die Durchführung der Challenge erfolgt an Land, da dies deutlich sicherer, einfacher und kostengünstiger ist als der spätere Anwendungsfall mitten auf dem Meer. Die sieben Drohnen-Hersteller und -Dienstleister können ihre Technologien an zwei Tagen in einem Parcours unter Beweis stellen. Zu den verschiedenen Etappen gehören Aufgaben wie etwa möglichst automatisches Aufnehmen und Absetzen der Last oder ein Flug außerhalb der Sichtweite.
Neben dem DLR-Institut für Flugsystemtechnik in Braunschweig und dem Nationalen Erprobungszentrum ist außerdem das DLR-Institut für Luftverkehr in Hamburg am Projekt Upcoming Drones Windfarm beteiligt. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft- und Klimaschutz (BMWK) gefördert.
