Inspektion von Windenergieanlagen: Rotorblätter in hundert Metern Höhe sehen, mit weniger Stillstand

Die Alterung von Windenergieanlagen teilt sich in Rotorblätter, Turm und Fundament und die Gondel (das Gehäuse für Generator und Antriebsstrang). Die Blätter stecken am meisten ein – Spitzen, die sich mit hoher Geschwindigkeit durch Regen und Sand bewegen, als Blitzpfad dienen und sich zig Millionen Mal biegen. Deshalb sind die Blätter das Hauptthema der Inspektion.

In Japan unterliegen Windanlagen ab 500 kW seit April 2017 der periodischen Sicherheitsmanagement-Inspektion nach dem Electricity Business Act. Gestützt auf die Richtlinie für periodische Inspektionen (JEAG 5005) und die Hinweise des Branchenverbands zu Blattinspektion und -reparatur prüfen Betreiber den Zustand von Blättern und Turm, Schraubenvorspannung, Blitzschutz und mehr und führen Aufzeichnungen. Auch im Ausland verlangen Genehmigungen, Versicherer oder Herstellergarantien üblicherweise periodische Inspektionen.

Der Weg in den Nahbereich wird zur Stillstandszeit und zum Risiko. Blattspitzen liegen oft mehr als hundert Meter über dem Boden. Seilzugangstechniker, die von der Gondel hängen, sind seit Langem der Standard, aber sie können bei starkem Wind nicht arbeiten, und jede Anlage dauert lange.

Offshore vervielfacht sich die Mühe: ein Schiff schicken, warten, bis sich die See beruhigt, auf die Anlage übersetzen. Japans Offshore-Wind-Pipeline wächst, und da O&M weithin als großer Anteil der Lebenszykluskosten gilt, schlägt die Inspektionseffizienz direkt auf die Projektwirtschaftlichkeit durch.

Die Drohne ersetzt Seile und Gondeln, indem sie eine Kamera an jeder Blattoberfläche entlangführt. Sobald die Anlage gestoppt und der Rotor in einer festen Stellung arretiert ist, erfasst die Drohne automatisch die vier Seiten – Vorderkante, Hinterkante, Druckseite und Saugseite. Eine Anlage innerhalb eines kurzen Stillstands abzuschließen ist ihre größte Stärke.

In Japan hat ein von NEDO gefördertes Projekt Drohnen validiert, die Gondelausrichtung und Blattstellung selbst erkennen und schwankende Blätter beim Aufnehmen verfolgen. Wie man Anlagen erfasst, die sich auch im Stillstand bewegen, etwa schwimmende Offshore-Anlagen, ist eine der großen Herausforderungen der nächsten Zeit.

Windenergieanlagen stehen genau dort, wo der Wind am stärksten ist – was sie zu den schwierigsten Orten für einen Drohnenflug macht. Außerdem sind sie hoch. Offshore kommen Salz und Gischt hinzu, nördliche Standorte bringen Vereisung, und Blatt- und Turminneres sind eng und dunkel. Die Windinspektion ist ein Schaufenster der Umgebungshürden.

• Wind & Turbulenz: Die Luft strömt um Gondel und Turm, und hinter den Blättern zieht gestörte Strömung nach. Halten Sie Reserve bei der Windtoleranz, nähern Sie sich von Luv und lassen Sie einen Fluchtweg offen. Wind & Turbulenz
• Höhe: Blattspitzen liegen oft über 100 m über dem Boden. Prüfen Sie Höhenbegrenzungen und wie Ausnahmen nahe Bauwerken gelten, und planen Sie die Rückkehr mit Akkureserve. Höhe
• Salz & Gischt offshore: Der Start vom Schiff ist ein Kampf mit der Bewegung. Salz greift das Fluggerät an, deshalb ist die Reinigung nach dem Flug wichtig. Wasser, Gischt & Feuchtigkeit
• Kälte & Vereisung: In den kalten Monaten verlieren Akkus Leistung, und an Propellern und Sensoren kann sich Eis bilden. Wärmen Sie die Akkus vor dem Flug und fliegen Sie nicht bei Vereisungsbedingungen. Kälte & Vereisung
• Enge Räume: Die Inspektion im Inneren von Blättern oder Türmen braucht kollisionstolerante Fluggeräte und Beleuchtung. Enge Räume

Eine allgemeine Orientierung, wie viel Wind für eine Drohne zu viel ist, gibt bei welcher Windstärke eine Drohne noch fliegen kann (Airffic World).

Eine Anlage liefert Hunderte hochauflösender Bilder. Daraus finden Sie Schäden, verorten sie am Blatt (Abstand von der Wurzel und welche Seite), stufen ihren Schweregrad ein, vergleichen mit dem letzten Mal und entscheiden, wann repariert wird. KI ist stark im Finden, Verorten und Vergleichen; ob jetzt repariert oder gewartet wird, entscheidet die für die Anlage verantwortliche Person.

In Japan müssen Windanlagen die technischen Normen des Electricity Business Act erfüllen, und Anlagen ab 500 kW unterliegen der periodischen Sicherheitsmanagement-Inspektion. Offshore-Wind läuft über Gebietsausweisung und Entwicklerauswahl nach dem Act on Promoting the Utilisation of Sea Areas for Renewable Energy, wobei langfristige O&M-Pläne schwer wiegen. Der Einsatz von Drohnen innerhalb der Inspektion hängt davon ab, ob der Betreiber sie als Inspektionsmethode begründen kann.

Im Ausland sind die Reihe IEC 61400 und die Normen der Zertifizierungsstellen (z. B. DNV) die gemeinsame Sprache für Auslegung und Zertifizierung. In manchen Ländern ist die periodische Inspektion durch qualifizierte Sachverständige eine Genehmigungsauflage.

Bei den Flugregeln ist die Höhe das Kernthema. In Japan ist für Luftraum ab 150 m über Grund in der Regel eine Erlaubnis nötig, wobei es nahe hoher Bauwerke Ausnahmen gibt. Blattspitzen großer Anlagen können diese Höhe überschreiten; prüfen Sie daher die aktuellen Regeln. Offshore ist zudem die Abstimmung mit Schiffsverkehr und Hafenbehörden nötig. Vergleichen Sie Länder in den Vorschriften weltweit.

• Innere Defekte: Delamination und Versagen der Klebenaht zeigen sich von außen oft nicht. Abklopfen, Ultraschall oder andere ZfP sind nötig; drohnengestütztes Abklopfen ist noch in der Erprobung.
• Die Reparatur selbst: Den Vorderkantenschutz neu aufzubringen ist Arbeit für Menschen oder Roboter.
• Schraubendrehmoment: Die Prüfung der Schraubenvorspannung erledigen Menschen im Inneren des Turms.
• Windige Tage: Die Anlagen, die Sie am dringendsten prüfen wollen, stehen an den windigsten Orten. An manchen Tagen geht kein Flug; legen Sie Inspektionen in ruhigere Jahreszeiten.
• Bewertung und Verantwortung: Die Schadensschwere zu beurteilen und über den Weiterbetrieb zu entscheiden bleibt Menschenarbeit.

Am Fuß einer Offshore-Anlage steht eine Drohnenbox. In einer ruhigen Morgendämmerung startet die Drohne von selbst, nimmt alle drei Blätter der gestoppten Anlage auf und kehrt zurück. Selbst wenn sich das schwimmende Fundament bewegt, verfolgt sie die Blätter und erfasst sie aus derselben Pose wie zuvor. An Land erscheinen nur die Blätter auf dem Bildschirm, die sich nach den Winterstürmen verändert haben. Das ist das Bild, das unsere Redaktion erwartet.

Niemand muss für jede Inspektion über die Wellen. Menschen legen die Reparaturreihenfolge fest, organisieren Teile, Schiffe und Wetterfenster und überlegen, wie sich die Blattlebensdauer verlängern lässt. Die Inspektion wandelt sich vom Hängen an hohen Bauwerken zur Sorge um das ganze Leben der Anlage.