I droni sono uno strumento sicuro, efficiente, accurato ed economico per le ispezioni delle turbine eoliche. Scopri come i droni si confrontano con i metodi tradizionali, quali sono i vantaggi per l’acquisizione dei dati e quali sono i migliori droni per l’ispezione delle turbine eoliche.
- Una guida dettagliata che evidenzia i vantaggi dell’uso dei droni per ispezionare le turbine eoliche, che stanno svolgendo un ruolo importante nel contribuire a raggiungere gli obiettivi di efficienza;
- L’uso dei droni per ispezionare i parchi eolici consente di raccogliere dati sicuri, efficienti, economici e accurati;
- I metodi tradizionali, come l’accesso con le corde, possono richiedere dalle tre alle sei ore per ispezionare una turbina, mentre un drone può farlo in meno di un’ora;
- Un drone può essere utilizzato per ispezionare più di cinque turbine al giorno, mentre con metodi alternativi se ne ispezionano solo una o due nello stesso periodo;
- Come le tecniche di flusso di lavoro dei droni aiutano a ispezionare le diverse parti di una turbina eolica;
- DJI offre una gamma di soluzioni per l’ispezione delle turbine eoliche. Scopri quali sono i droni migliori per questa applicazione.
Grazie alla loro capacità di fornire una fonte di energia pulita, rinnovabile, competitiva in termini di costi e affidabile, non sorprende che le turbine eoliche giochino un ruolo importante nel raggiungimento degli obiettivi di efficienza.
Secondo l’Agenzia Internazionale dell’Energia (AIE), questa forma di produzione di energia rinnovabile in rapida crescita potrebbe fornire il 18% dell’elettricità mondiale entro il 2025.
Questo previsto aumento della dipendenza dai parchi eolici significa che è imperativo mantenere le turbine in condizioni ottimali, assicurando che funzionino in modo efficiente e che abbiano una durata di vita prolungata per massimizzare la produzione e il ROI.
Per questo motivo, le ispezioni regolari sono fondamentali. I droni rappresentano un metodo rapido, accurato, sicuro ed efficiente per acquisire questi dati, soprattutto rispetto a metodi alternativi, come l’accesso con le corde o le ispezioni a terra.
Dopotutto, perché farlo…
…che può richiedere tempo, manodopera, costi elevati e personale che lavora in altezza… quando si potrebbe utilizzare un drone…
… per ridurre i tempi di ispezione del 70%, raccogliendo dati accurati e tenendo il personale lontano dai pericoli.
Questo blog esplora i vantaggi dell’uso dei droni per l’ispezione delle turbine eoliche e mette in evidenza alcune delle migliori piattaforme.
Quanto è importante l’ispezione di una turbina eolica?
Grandine, neve, fulmini, pioggia, sale e polvere sono solo alcuni degli elementi che i componenti delle turbine eoliche devono sopportare.
Pertanto, le ispezioni delle turbine eoliche sono fondamentali per mantenere la sicurezza, l’efficienza e la longevità delle turbine eoliche e per massimizzare il ritorno sugli investimenti per gli operatori dei parchi eolici.
Le ispezioni regolari aiutano a garantire che le turbine eoliche funzionino correttamente e che qualsiasi potenziale problema venga identificato e affrontato prima che diventi un problema grave. Ciò può contribuire a ridurre i tempi di fermo, ad aumentare la produzione di energia e a prolungare la durata di vita della turbina.
Inoltre, le ispezioni regolari possono aiutare a identificare e prevenire i rischi per la sicurezza, come le crepe delle pale e altri problemi strutturali che potrebbero portare a un guasto dell’apparecchiatura. Questo è importante per proteggere i lavoratori e il pubblico da potenziali lesioni o danni.
Inoltre, le ispezioni possono fornire dati e informazioni che possono essere utilizzati per la manutenzione predittiva, consentendo agli operatori dei parchi eolici di programmare la manutenzione e le riparazioni in base alle condizioni effettive della turbina, anziché in base a un calendario prestabilito. Ciò può contribuire a ridurre i costi e ad aumentare l’efficienza.
I difetti più comuni dei parchi eolici sono
- Torre: Crepe, danni, vernice scrostata, corrosione.
- Lama: Crepe, danni, vernice scrostata, deformazioni, tracce di fulmini, infiltrazioni d’acqua.
- Gondola o navicella: tracce di fulmini, crepe, danni, corrosione, spaccature d’olio, distacco della vernice.
- Mozzo: Inclinazione, connessione allentata, danni.
Ispezione di parchi eolici: Metodi tradizionali e ispezione con drone
Esistono tre metodi principali per l’ispezione delle turbine eoliche. Questi sono:
- Accesso con corda/piattaforma
- Ispezione a terra
- Ispezione con il drone
La tabella seguente fornisce una panoramica dei vantaggi dell’ispezione con drone rispetto agli altri metodi di ispezione.
Rope/platform Access | Ground-based Inspection | Drone Inspection | |
Safety | Hazardous | Safe | Safe |
Data Quality | High quality | Low quality | High quality |
Time | 3-6 hours | 3-6 hours | 15 mins-1 hour |
Efficiency | 1-2 turbines a day | 3-4 turbines a day | 5+ turbines a day |
Labour | Minimum 3 people | One-person job | One-person job |
Cost | High | Fairly low | Low |
Ora ci addentreremo in ognuna di queste aree per dare uno sguardo più dettagliato a come i droni possono favorire le ispezioni delle turbine eoliche rispetto ai metodi tradizionali e alternativi.
Sicurezza
I droni offrono un metodo di ispezione sicuro, poiché i tecnici non devono lavorare in altezza.
Utilizzando una serie di telecamere specializzate, è possibile acquisire informazioni vitali con i piedi ben saldi a terra.
A seconda dell’inviluppo operativo del drone, alcune piattaforme offrono la possibilità di eseguire un’ispezione con venti più forti rispetto ad altri metodi.
Come i droni, l’ispezione a terra offre un percorso sicuro, poiché il fotografo rimane a terra, ma come vedremo più avanti in questo blog, questo metodo può offrire un’acquisizione di dati limitata.
Al contrario, l’utilizzo di accessi con corda/piattaforme aeree richiede che i tecnici lavorino in altezza, aumentando il fattore di rischio e anche i potenziali costi assicurativi.
Qualità dei dati
I droni consentono di raccogliere dati di qualità .
Gli UAS dotati di telecamere ad alta risoluzione e altri sensori possono fornire ispezioni dettagliate, consentendo agli ingegneri di comprendere meglio le condizioni della turbina. Le tecniche di ispezione aerea sono inoltre in grado di catturare immagini da tutti e quattro i lati della turbina.
La capacità di utilizzare sensori visivi e termici fa sì che i droni rappresentino un metodo versatile di raccolta dei dati per ottenere una visione più approfondita e diversificata.
Ad esempio, questa vista ravvicinata di una turbina eolica è stata ottenuta utilizzando un drone e una telecamera con zoom, mentre gli operatori lavoravano a livello del suolo. Si noti come la telecamera riesca a cogliere dettagli minimi come il numero di serie, ideale per individuare da lontano piccoli difetti su una turbina eolica.
Utilizzando traiettorie di volo preimpostate, i droni consentono di raccogliere dati ripetibili, automatizzati e coerenti, e di creare mappe e modelli per misurare l’entità dei danni.
È vero che l’accesso con funi/piattaforme aeree offre un buon livello di acquisizione dei dati, in quanto il personale può avvicinarsi alle varie parti della turbina e ottenere un esame approfondito oltre la superficie. E c’è l’ulteriore vantaggio che alcuni interventi di manutenzione possono essere effettuati al momento dell’ispezione.
Tuttavia, questo metodo presenta potenziali problemi di accessibilità e l’errore umano è inevitabile, il che significa che l’acquisizione dei dati può talvolta essere inaffidabile o incompleta.
La qualità dei dati dell’ispezione a terra può essere molto scarsa, soprattutto nelle zone d’ombra e nelle parti in rapido movimento delle pale (verso la punta).
Tempo ed efficienza
I droni offrono un metodo di raccolta dati estremamente rapido, che va da 15 minuti a un’ora.
Non è questo il caso dell’accesso con corda o dell’ispezione a terra.
L’accesso con la fune è lento perché sono necessarie molte ore per installare la fune e poi condurre un’ispezione manuale delle pale.
Anche l’ispezione a terra è lenta, perché l’acquisizione di immagini di qualità da tutti i lati della turbina richiede molto tempo.
A causa del fattore tempo, l’ispezione con drone è un metodo di ispezione estremamente efficiente, che consente di ispezionare più turbine in un solo giorno.
Costo
Il costo di una turbina eolica si calcola sia in base al totale delle ore di manodopera impiegate sul posto, sia in base alla perdita di reddito dovuta al fatto che la turbina è fuori servizio.
Con l’accesso tramite fune, la turbina deve essere fermata per diverse ore, il che comporta una grave perdita di reddito e il costo dei tecnici specializzati sulle funi.
C’è anche il problema della durata di ogni indagine, mentre questo metodo richiede più personale con conseguente aumento dei costi di manodopera.
Al contrario, i droni rappresentano un ottimo rapporto qualità -prezzo e possono avere un impatto positivo sul ROI. La velocità riduce i tempi di inattività , mentre i costi di manodopera sono ridotti al minimo. I droni possono essere utilizzati per ispezionare le turbine eoliche a distanza, riducendo i costi di viaggio e di alloggio per i lavoratori.
Inoltre, poiché i droni possono fornire dati dettagliati sulle condizioni dei componenti delle turbine eoliche, che possono essere utilizzati per prevedere quando è necessaria la manutenzione o la sostituzione, si riducono i tempi di inattività a lungo termine dovuti alla manutenzione e si aumenta l’efficienza complessiva del parco eolico.
L’ispezione a terra, invece, ha costi piuttosto bassi, ma le limitazioni rispetto a un’indagine con drone la rendono una soluzione inferiore.
Sintesi: metodi tradizionali contro droni per l’ispezione di parchi eolici
Efficienti, accurati, ripetibili e sicuri, i droni presentano notevoli vantaggi rispetto ai metodi più tradizionali di ispezione dei parchi eolici.
La tabella seguente fornisce un riepilogo dei vantaggi e degli svantaggi di ciascun metodo – sulla base delle informazioni sopra riportate – e mette in evidenza perché i droni rappresentano un metodo di ispezione ottimizzato.
Accesso con funi/Piattaforma aerea | Ispezione da terra | Ispezione con drone | |
Vantaggi | • Esame ravvicinato del danno e approfondimento oltre la superficie. • Migliore possibilità di valutare la gravità e l’estensione del danno. • Possibilità di eseguire piccole riparazioni durante l’ispezione. | • Ispezione sicura in quanto il fotografo rimane a terra. La turbina eolica non ha bisogno di essere fermata (in condizioni di poco vento). • Per completare l’ispezione può essere richiesta una sola persona. | • Ispezione sicura perché il personale rimane a terra. • Ispezione rapida che può variare da 15 minuti a 1 ora. • Dati di qualità che possono essere utilizzati per effettuare un’ispezione dettagliata e misurare l’entità e la posizione dei danni. • Possibilità di eseguire un’ispezione in presenza di venti più forti rispetto ad altri metodi – in relazione alla resistenza al vento del drone. • Possibilità di raccogliere dati sia con sensori visivi che termici. Raccolta dati ripetibile, automatizzata e coerente. |
Svantaggi | • Sono necessarie più di tre persone in loco (costo della manodopera più elevato). • Richiede molto tempo; di solito i tecnici possono ispezionare 1 – 2 turbine al giorno e di conseguenza c’è una perdita di profitto mentre la turbina eolica rimane fuori servizio. • I tecnici lavorano in altezza, quindi il fattore di rischio e i costi assicurativi sono maggiori. | • La qualità dei dati è scarsa, soprattutto nelle zone d’ombra e nelle parti in rapido movimento delle pale (verso la punta). • Dato che l’installazione della telecamera deve avvenire in posizioni diverse per catturare i quattro lati di ogni lama, questo metodo richiede molto tempo. • La possibilità di misurare e localizzare esattamente i danni è impossibile a causa della diversa angolazione di acquisizione delle immagini. | • I dati raccolti sono limitati alla superficie della lama e spesso non è possibile determinare l’entità e la causa di un danno. |
Droni termici per l’ispezione delle turbine eoliche
I droni termici possono aiutare le ispezioni delle turbine eoliche fornendo una visione dettagliata delle condizioni della turbina e identificando potenziali problemi che potrebbero non essere visibili con i metodi di ispezione visiva.
Possono raccogliere dati quali:
- Misurazione della temperatura: I droni termici utilizzano termocamere per misurare la temperatura di diverse parti della turbina eolica. Questo può aiutare a identificare potenziali problemi come il surriscaldamento dei cuscinetti, problemi elettrici o parti usurate.
- Ispezioni delle pale: I droni termici possono essere utilizzati per rilevare una serie di anomalie, tra cui spaccature, difetti dovuti a fulmini, punte danneggiate e problemi di fibre. Le termocamere rilevano anche giunzioni adesive mancanti, errori di passo delle pale e molto altro ancora. Rilevare queste anomalie in una fase iniziale, quando sono piccole, riduce i costi e previene danni gravi.
- Ispezioni elettriche: I droni termici possono essere utilizzati per ispezionare i componenti elettrici delle turbine eoliche, come il generatore, l’inverter e il trasformatore per individuare eventuali punti caldi.
Droni per parchi eolici offshore
Questo articolo si è concentrato principalmente sugli impianti eolici a terra, ma i droni possono essere utilizzati anche per gli impianti eolici offshore.
I vantaggi elencati in precedenza si applicano ai mulini a vento situati in mare aperto, ma gli UAS offrono vantaggi specifici anche per questa applicazione.
Questo include:
- Accessibilità : Le turbine eoliche offshore possono essere difficili da raggiungere, soprattutto in caso di condizioni meteorologiche avverse, ma i droni possono facilmente volare verso la turbina e ispezionarla in tutta sicurezza.
- Sicurezza: I droni possono essere utilizzati per ispezionare le turbine eoliche offshore senza mettere in pericolo gli operatori umani. Questo aspetto è particolarmente importante per le turbine eoliche offshore, che si trovano in ambienti difficili e spesso pericolosi.
- Economicità : L’uso dei droni per le ispezioni delle turbine eoliche offshore può essere più conveniente rispetto ai metodi tradizionali, come l’invio di lavoratori su barche o navi.
Nel complesso, l’utilizzo di droni per le ispezioni di parchi eolici offshore può rappresentare un modo sicuro, economico, efficiente e dettagliato per monitorare le turbine e prevedere quando è necessaria la manutenzione o la sostituzione.
Ispezione della navicella e del mozzo della turbina eolica
La navicella presenta diverse aree di ispezione. Le parti principali da ispezionare sono le seguenti:
- Bulloni
- Superficie per la ricerca di crepe
- Perdite di olio
- Albero e attrezzatura meteo
- Parti e coperture mancanti o usurate
La navicella deve essere ispezionata da tutti i lati, come mostra il grafico sottostante.
Ispezione delle pale delle turbine eoliche
Le ispezioni delle pale possono essere eseguite in tre modi: A ore 12, a ore 6 o in posizione fissa.
Ciascun metodo presenta vantaggi e svantaggi, elencati di seguito.
Ore 12 | Ore 6 | Posizione fissa | |
Descrizione | Ogni lama è posizionata manualmente verso l’alto. Il drone vola manualmente o in modo automatizzato lungo i quattro lati, coprendo completamente la superficie delle pale e mantenendo la telecamera con un angolo di inclinazione di 0° rivolta verticalmente verso la superficie. | Ogni lama è posizionata manualmente verso il basso. Il drone vola manualmente o in modo automatizzato lungo i tre lati, mantenendo la telecamera con un passo di 0° e rivolta verticalmente verso la superficie. | La turbina eolica viene fermata manualmente una volta in una posizione specifica o casuale. Il drone utilizza un piano di volo automatizzato e vola intorno ai quattro lati della pala catturando i dati lungo la superficie. |
Vantaggi | • Sfondo per lo più chiaro • Possibilità di acquisire facilmente immagini chiare del bordo d’uscita • Non è necessario effettuare manovre complicate per volare lungo la lama • Nessun ostacolo intorno alla lama • Il volo può essere eseguito sia manualmente che con una missione automatizzata. | • Facilità di accesso • Operare alla minima altitudine possibile • Più veloce (rispetto alle ore 12) • Efficienza energetica • Mantenere un migliore contatto visivo con il drone • Non è necessario effettuare manovre complicate per volare lungo la lama • Il volo può essere eseguito sia manualmente che con una missione automatizzata. | • Estremamente efficiente in termini di tempo • Efficienza energetica (è sufficiente un set di batterie) • Non è necessario ruotare le lame durante l’ispezione • Ideale per condizioni di assenza di vento |
Svantaggi | • Richiede tempo perché ogni lama deve essere spostata e fermata in questa posizione. • Il drone deve raggiungere l’altezza massima della turbina eolica, quindi non è efficace dal punto di vista della potenza. • Contatto visivo ostacolato con il drone a causa dell’alta quota. | • Richiede tempo perché ogni lama deve essere spostata e fermata in questa posizione. • C’è un’ostruzione in quanto la torre si trova proprio dietro il bordo d’uscita. • Il bordo d’uscita può essere ispezionato solo parzialmente da un angolo diagonale. | • È necessario un piano di volo automatico specifico • Questo tipo di ispezione è molto difficile da eseguire manualmente. • Il passo del gimbal deve sempre essere regolato direttamente in verticale rispetto alla lama. • Diversi lati delle pale devono essere ispezionati utilizzando un gimbal verso l’alto (ad esempio, il lato rivolto verso la terra della pala a ore 3). • La missione deve essere pianificata con cura per evitare ostruzioni. |
I migliori droni per l’ispezione dei parchi eolici
I droni sono un ottimo strumento per l’ispezione dei parchi eolici e alcune delle soluzioni più avanzate provengono da DJI. Queste includono:
DJI M300 RTK
L’M300 RTK è il drone più versatile di DJI. Vantaggioso per le ispezioni delle turbine eoliche, è dotato di capacità di carico intercambiabili, che si integrano con un’ampia gamma di carichi utili, tra cui telecamere visive/zoom e termiche, faretti e telecamere di mappatura come la P1 per la fotogrammetria e la L1 per LiDAR e fotogrammetria, e può trasportare più accessori contemporaneamente.
La sua robusta dotazione operativa, come il grado di protezione dalle intemperie IP45, la resistenza alla velocità del vento di 15 m/s e la temperatura operativa compresa tra -20°C e 50°C, consente al drone di ispezionare le turbine eoliche in una vasta gamma di condizioni, ed è particolarmente utile per affrontare le condizioni ostili che si verificano in mare durante le ispezioni delle turbine eoliche offshore.
Se utilizzato con la serie H20, il drone può eseguire funzioni di ispezione intelligenti e automatizzate.
Le sei funzioni di rilevamento e posizionamento direzionale aumentano la sicurezza di volo quando si vola intorno o vicino alle turbine eoliche, mentre il lungo tempo di volo consente di raccogliere più dati in una sola missione e la batteria sostituibile a caldo riduce i tempi di inattività del drone.
Serie DJI M30
La serie M30 è simile all’M300 RTK in termini di prestazioni (sebbene abbia un carico utile fisso), ma è un’opzione più piccola e portatile.
Il tempo di volo massimo di 41 minuti aumenta l’efficienza, mentre il grado di protezione IP55, l’intervallo operativo da -20°C a 50°C e la resistenza alla velocità del vento di 15 m/s gli consentono di raccogliere dati di ispezione di parchi eolici in una varietà di condizioni.
Le funzioni di Smart Inspection, come la marcatura dei punti di destinazione, rendono più efficienti le ispezioni delle turbine eoliche, mentre una serie di funzioni di sicurezza aumentano la sicurezza in ogni missione.
A differenza dell’M300 RTK, la serie M30 è dotata di un sistema di telecamere fisse, quindi non ha la versatilità dell’M300, ma dispone di sensori di qualità per l’ispezione delle turbine eoliche, come una telecamera grandangolare da 12MP e una telecamera zoom da 48MP. L’M30T è dotato anche di un sensore termico (risoluzione 640 x 512) per le ispezioni termiche dei parchi eolici.
Il drone può essere integrato con il faro e l’altoparlante LP12, che aiutano a illuminare le aree di una turbina eolica in condizioni di scarsa illuminazione.
DJI Mavic 3 Serie Enterprise
La serie Mavic 3 Enterprise offre una soluzione versatile e altamente trasportabile per l’ispezione delle turbine eoliche: Il Mavic 3E fornisce dati di qualità per i rilievi, mentre il Mavic 3T (nella foto sotto) consente la raccolta di dati termici.
Entrambi i droni sono pieghevoli e, con un peso di poco superiore ai 900 g, sono significativamente più leggeri e compatti dell’M300 RTK e della serie M30.
Il Mavic 3E è una buona scelta per le ispezioni delle turbine eoliche, grazie al suo sensore ampio di livello survey (4/3 CMOS, 20MP, otturatore meccanico, scatto rapido a intervalli di 0,7 secondi) e alla telecamera da 12MP con funzionalità di zoom, ideale per identificare i difetti dei parchi eolici da lontano.
Il Mavic 3T, invece, può essere impiegato per ispezioni visive e termiche dei parchi eolici, grazie al sensore termico 640 x 512, alla telecamera wide da 48 MP e alla telecamera zoom da 12 MP.
I droni, dotati di funzionalità di pianificazione della missione, possono essere integrati con un modulo RTK per una maggiore precisione, possono raggiungere un tempo di volo massimo di 45 minuti e beneficiano di un rilevamento omnidirezionale. Tuttavia, a differenza dell’M300 RTK e dell’M30, non hanno un grado di protezione IP.
Sommario: Droni per l’ispezione delle turbine eoliche
L’uso dei droni per l’ispezione delle turbine eoliche può fornire dati dettagliati e precisi, migliorare l’efficienza e la sicurezza, ridurre i costi e aumentare le prestazioni complessive dell’impianto.
Per questo motivo, gli UAS sono diventati uno strumento fondamentale per l’ispezione delle turbine eoliche e offrono vantaggi significativi rispetto ai metodi più tradizionali, che possono essere meno efficienti, meno sicuri, meno dettagliati e meno regolari rispetto alle ispezioni eseguite dai droni.