Nonostante i ritardi legati al COVID-19, le energie rinnovabili sono sulla buona strada per superare il carbone e diventare la più grande fonte di produzione di elettricità in tutto il mondo entro il 2025. Con l’energia eolica che dovrebbe contribuire a quasi il 30% di tutte le aggiunte di capacità rinnovabili fino al 2025, è imperativo che i proprietari di parchi eolici mantengano le turbine funzionanti alla massima capacità ed estendano la durata di vita dei loro beni a tre pale per massimizzare il ROI.
Perché l’ispezione delle turbine eoliche è necessaria
Grandine, neve, fulmini, pioggia, sale e polvere sono solo alcune delle cose che i componenti delle turbine eoliche sono costretti a sopportare quotidianamente. Oltre a questo stress ambientale, una pala di turbina può anche essere danneggiata a causa di fattori come l’instabilità del carico estremo o difetti di fabbricazione che portano al debonding. Alcuni difetti comuni per parte che vengono solitamente scoperti durante le ispezioni delle turbine eoliche includono:
Torre: Crepe, danni, vernice che si stacca, corrosione
Lama: Crepa, danno, vernice che si stacca, deformazione, tracce di fulmini, ingresso d’acqua
Navicella: tracce di fulmini, crepa, danni, corrosione, spaccature di olio, vernice che si stacca
Mozzo: Asimmetria, connessione allentata, danni
La ricerca ha dimostrato che in assenza di manutenzione preventiva, ogni guasto alla turbina può costare ai proprietari degli impianti fino a 30.000 dollari all’anno in riparazioni e pezzi di ricambio. L’erosione delle entrate da giorni di produzione persi è extra – sia in caso di lunghi tempi di consegna per i componenti del capitale che di eventi di arresto pianificati come le ispezioni manuali o a terra.
Sfide con i metodi tradizionali di ispezione delle turbine eoliche
Tipicamente, gli asset manager hanno utilizzato due metodi principali per l’ispezione dei componenti delle turbine eoliche:
Accesso con corda o piattaforma: Il metodo più utilizzato sia per l’ispezione che per i lavori di riparazione
Ispezione a terra: Una tecnica in cui un fotografo usa un teleobiettivo per catturare le immagini delle pale
Entrambi i metodi hanno la loro serie di vantaggi e limitazioni. Ecco un rapido confronto:
| Accesso con corda o piattaforma | Vantaggi | Svantaggi |
 | Permette di osservare più da vicino il danno | In genere, sono necessarie più di 3 persone sul sito, con conseguenti alti costi di manodopera |
| Un esame più profondo fornisce una migliore valutazione della gravità e dell’estensione del danno | Questo metodo richiede tempo; i tecnici possono normalmente ispezionare solo 1 – 2 turbine al giorno | |
| Possibilità di eseguire piccole riparazioni durante l’ispezione | Poiché i tecnici lavorano in altezza, sia il fattore di rischio che i costi di assicurazione sono alti | |
| Ispezione a terra | Vantaggi | Svantaggi |
 | Più sicuro del metodo di accesso con la corda perché il fotografo rimane a terra | La qualità dei dati è scarsa per le zone d’ombra e le parti in rapido movimento delle lame (come la punta) |
| La turbina eolica non deve essere fermata in condizioni di vento debole | Dato che sono necessarie diverse configurazioni di telecamere per catturare ogni lato della lama, questo metodo diventa piuttosto dispendioso in termini di tempo | |
| Una sola persona è necessaria per completare l’ispezione | Impossibile misurare e localizzare i danni a causa del diverso angolo di cattura delle immagini |
Droni per l’ispezione delle turbine eoliche: una svolta
Per superare le sfide chiave di bassa efficienza, costi elevati e qualità inadeguata dei dati di ispezione, molti operatori di parchi eolici in tutto il mondo hanno iniziato a utilizzare i droni per le ispezioni delle turbine eoliche.
Nella città greca di Tripoli, la società “I.D.S. – Industrial Drone Services“, un fornitore di servizi con droni fondato nel 2017 ad Atene in Grecia, si è unita al suo cliente Eunice Energy Group (EEG) – uno dei pionieri nel campo delle energie rinnovabili in Grecia – per sfruttare le piattaforme di droni DJI per ispezionare un parco eolico con una capacità totale di 34,5MW.
Con gli inverni che forniscono in media meno di 10 ore di luce diurna, l’utilizzo di metodi di ispezione tradizionali sarebbe stato estremamente dispendioso in termini di tempo e, quindi, costoso. Normalmente, un’ispezione completa di una singola turbina eolica, con ispettori che lavorano in altezza, può richiedere dalle 3 alle 6 ore. Questo non include le lunghe procedure di sicurezza ed il tempo di preparazione.
D’altra parte, con i droni resistenti al vento e RTK di DJI ci vogliono solo circa 45 minuti per ispezionare completamente una turbina. Questo ha permesso di ispezionare l’intera fattoria di 15 turbine in tre giorni. IDS ha sviluppato metodi di ispezione sia manuali che automatizzati ed è uno dei migliori attori in questo settore.
Diamo uno sguardo più approfondito a come ha funzionato la soluzione…
Utilizzo di droni per l’ispezione della torre della turbina eolica
La torre ha tre componenti principali: le fondamenta, le flange (la connessione tra le parti di potenza) e la connessione superiore con la navicella. Il drone vola intorno alla torre catturando dati da tutti e quattro i lati.
I problemi principali che vengono solitamente rilevati in questa ispezione includono corrosione, funghi e perdite d’olio. A volte, le crepe sulla superficie intorno alla torre possono anche essere osservate vicino alla fondazione.
Utilizzo di droni per l’ispezione della navicella e del mozzo delle turbine eoliche
La navicella ha più aree che devono essere ispezionate accuratamente. Un ispettore dovrebbe in genere cercare eventuali danni ai bulloni, crepe sulla superficie, perdite di olio, danni all’albero meteorologico e alle attrezzature, e parti e coperture mancanti o usurate. La carlinga dovrebbe essere ispezionata da tutti i lati.
Utilizzo di droni per l’ispezione delle pale delle turbine eoliche
Le ispezioni delle pale possono essere effettuate in tre modi:
Posizione delle pale a ore 12: In questa tecnica, ogni lama è posizionata manualmente rivolta verso l’alto. Il drone vola manualmente o automaticamente lungo i suoi quattro lati coprendo completamente la superficie della pala e mantenendo la telecamera con un passo di 0 gradi rivolta verticalmente alla superficie.
Posizione delle pale a ore 6: Ogni pala è posizionata manualmente rivolta verso il basso. Il drone vola manualmente o automaticamente lungo i tre lati, mantenendo la telecamera in un passo di 0 gradi rivolto verticalmente alla superficie.
Posizione fissa: La turbina eolica viene fermata manualmente in una posizione specifica o casuale. Il drone, utilizzando una modalità di volo automatico della missione, vola intorno ai quattro lati della pala catturando dati lungo la superficie.
Confronto tra l’ispezione della turbina eolica con il drone a ore 12, a ore 6 e in posizione fissa
| Ispezione delle turbine eoliche con i droni | Posizione a ore 12 | Posizione a ore 6 | Angolo fisso |
| Vantaggi | Sfondo chiaro – Le immagini del bordo d’uscita possono essere catturate facilmente. Volo facile senza manovre complicate lungo la lama. Nessuna ostruzione intorno alla lama. Il volo può essere eseguito sia manualmente che con una missione automatica | Facilità di accesso – Il drone viene azionato alla minima altitudine possibile. Più veloce, rispetto al metodo delle ore 12. Efficienza energetica. Migliore contatto visivo con il drone. Nessuna manovra complicata lungo la lama. Sono possibili sia missioni manuali che automatiche | Efficiente dal punto di vista energetico, poiché di solito un set di batterie è sufficiente per una turbina. Estremamente efficiente dal punto di vista del tempo, poiché non c’è bisogno di ruotare le pale durante il processo di ispezioneIdeale per condizioni di assenza di vento |
| Svantaggi | Richiede molto tempo come ogni lama deve essere spostata e fermata in questa specifica posizione. Il drone deve raggiungere l’altezza massima della turbina eolica, che non è esattamente efficiente in termini di potenza. Impedisce il contatto visivo con il drone a causa dell’alta quota | Richiede molto tempo che ogni lama venga spostata e fermata in questa specifica posizione. Poiché la torre è proprio dietro il bordo d’uscita, agisce come un’ostruzione e il bordo d’uscita può essere ispezionato solo parzialmente da un angolo diagonale | Richiede uno specifico piano di volo automatizzato poiché l’operazione manuale potrebbe rivelarsi piuttosto difficile. Il passo del gimbal deve essere regolato direttamente in verticale alla lama. Tutti i lati delle pale devono essere ispezionati utilizzando un gimbal verso l’alto. La missione deve essere pianificata molto attentamente per evitare le ostruzioni |
Soluzioni DJI per l’ispezione delle turbine eoliche
Matrice 300 RTK
Con 55 minuti di tempo di volo e una resistenza al vento di 15 m/s, l’M300 RTK con soluzione di carico utile ibrido H20T può ispezionare completamente tutte e tre le pale di una turbina senza che l’operatore debba cambiare le batterie. La piattaforma è dotata di un sistema di prevenzione degli ostacoli a 360 gradi e di protezione IP45, il che significa che può essere utilizzata per controlli a campione anche in caso di maltempo. E anche se la telecamera zoom ad alta definizione e la telecamera termica ad alta risoluzione della H20T promettono i risultati più dettagliati, il telemetro laser della M300 RTK può essere sfruttato per ulteriori calcoli.
Ottimizzare le operazioni dei parchi eolici con i droni
Si può dire che una visione accurata e ravvicinata dei potenziali difetti e dei dati qualitativi che possono essere utilizzati per creare rapporti di ispezione dettagliati, fino al livello millimetrico, può aiutare i responsabili dei parchi eolici a ridurre sia le perdite di efficienza che i costi di riparazione. I droni DJI, resistenti al vento, possono essere schierati in aria in pochi minuti per raccogliere dati visivi e termici in un lasso di tempo incredibilmente breve, mentre i tecnici rimangono a terra, al sicuro. Con ispezioni preventive ripetute e coerenti dei droni, la produzione di energia può essere massimizzata e l’energia pulita può essere fornita all’umanità in modo più affidabile.
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