Drohnen warten und versorgen Offshore-Windparks

Mit der feierlichen Eröffnung des neuen ODCC, betrieben vom Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM, sollen sowohl die Forschung als auch die Erprobung von Drohnen im Offshore-Bereich weiter vorangetrieben werden. Das ODCC bietet eine Plattform, auf der Industrie und Wissenschaft interdisziplinär zusammenarbeiten, um Drohnentechnologien für verschiedene Offshore-Anwendungen zu entwickeln und zu testen.

Drohnen werden zunehmend als Lösung für vielfältige Herausforderungen in Offshore-Umgebungen betrachtet. Offshore-Strukturen wie Windparks, Ölplattformen und maritime Verkehrswege erfordern regelmäßige Inspektionen, Überwachung und Wartung, die bisher oftmals mit hohem personellen und materiellen Aufwand verbunden waren. Drohnen könnten diese Aufgaben in vielen Bereichen effizienter, sicherer und kostengünstiger übernehmen. Im Zentrum der Forschung und Entwicklung am ODCC stehen vor allem Drohnenanwendungen, die sich auf Inspektions- und Wartungsaufgaben an maritimen Strukturen konzentrieren. Dabei spielen die Überwachung, das Monitoring und Transportaufgaben eine zentrale Rolle. So können Drohnen für die visuelle und sensorbasierte Überwachung von Windkraftanlagen oder Kommunikationsplattformen eingesetzt werden. Durch den Einsatz von hoch entwickelten Kamerasystemen und Sensorik sind Drohnen in der Lage, frühzeitig Schäden an Anlagen zu identifizieren, was die Planung von Wartungsintervallen optimieren und Ausfallzeiten minimieren soll.

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Darüber hinaus wird der Einsatz von Drohnen für Materialtransporte im Offshore-Bereich immer wichtiger. So können Drohnen für den Transport von Werkzeugen, Ersatzteilen oder Probenmaterial zwischen Offshore-Plattformen oder vom Festland zu abgelegenen Standorten eingesetzt werden. Das reduziert nicht nur die Transportkosten, sondern erhöht auch die Effizienz und Flexibilität im Betrieb. Insbesondere die Erprobung von Langstrecken- und Schwerlastdrohnen am ODCC bietet hier wertvolle Erkenntnisse für den künftigen Regelbetrieb.

Offshore-Windenergie-Ausbau als Treiber der Drohnenentwicklung

Deutschland verfolgt das Ziel, den Ausbau der Offshore-Windenergie als wichtigen Bestandteil der Energiewende voranzutreiben. Die ambitionierten Ausbauziele von 20 GW bis 2030 und 40 GW bis 2040 verdeutlichen die zentrale Rolle der Offshore-Windenergie in den kommenden Jahrzehnten. Um diese Ziele zu erreichen, müssen jedoch die Kosten für Betrieb und Wartung der Windparks reduziert werden, insbesondere unter den oft schwierigen Offshore-Bedingungen. Am ODCC sollen Drohnen unter realitätsnahen Bedingungen getestet werden, um ihre Eignung für diese Aufgaben zu bewerten und weiterzuentwickeln. Die Nähe zur Elbmündung sowie die Flugkorridore in Richtung Deutsche Bucht und Helgoland bieten nach Ansicht der Betreiber für diese Zwecke optimale Bedingungen. Ein zentraler Aspekt der Forschung am ODCC ist die Entwicklung und Erprobung von Drohnen, die in der Lage sind, auch bei starkem Wind und widrigen Wetterverhältnissen zuverlässig zu operieren. Dies erfordert die Verbesserung der Windresistenz und Allwettertauglichkeit der Drohnen. Zudem wird daran gearbeitet, die Energieversorgung der Drohnen während des Fluges zu optimieren, wobei Batteriesysteme, Verbrennungsmotoren und Brennstoffzellen hinsichtlich ihrer Effizienz und Nachhaltigkeit verglichen werden.

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Materialforschung und Schutzkonzepte für Offshore-Drohnen

Der Einsatz von Drohnen in Offshore-Umgebungen stellt besondere Anforderungen an das Material und die Elektronik der Fluggeräte. Die hohen Luftfeuchtigkeitswerte, die UV-Belastung und die kontinuierliche Salzfracht in der Umgebung stellen Herausforderungen an die Komponenten der Drohnen. Am ODCC wird intensiv an Materialschutzkonzepten geforscht, um sicherzustellen, dass die Drohnen auch unter diesen extremen Bedingungen langfristig zuverlässig funktionieren. Wesentlich für den erfolgreichen Einsatz von Drohnen im Offshore-Bereich ist die Entwicklung von fehlertoleranten Antriebssystemen, die unter anspruchsvollen Umgebungsbedingungen ein sicheres Manövrieren ermöglichen. Elektrische und mechanische Komponenten müssen so konzipiert sein, dass sie nicht nur den extremen Bedingungen standhalten, sondern auch eine hohe Zuverlässigkeit und Langlebigkeit aufweisen. Ein weiterer Schwerpunkt der Forschung liegt auf der Entwicklung von Endeffektoren und Sensoren, die speziell auf die Anforderungen im Offshore-Bereich zugeschnitten sind. Diese Sensoren sind essenziell für die Erfassung und Auswertung von Daten, beispielsweise bei der Inspektion von Offshore-Strukturen. Die Kompatibilität dieser Sensoren mit den Drohnen sowie ihre Robustheit gegenüber den schwierigen Umweltbedingungen sollen weiter erforscht und getestet werden.

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Sicherheit des Luftverkehrs hat Priorität

Ein sicherheitsbasierter Ansatz für den Betrieb von Drohnen im Offshore-Bereich erfordert eine kontinuierliche Überwachung und Steuerung der Fluggeräte. Kollisionsvermeidungssysteme, redundante Kommunikations- und Steuerungseinheiten sowie Navigationssysteme, die den Drohnen ermöglichen, auch bei variablen Umweltbedingungen präzise entlang von Strukturen zu fliegen, sind dabei von entscheidender Bedeutung. Dazu wird am ODCC untersucht, wie die Drohnen in bestehende Luftverkehrssysteme integriert werden können. Hierzu gehört auch die Erforschung von Unmanned Traffic Management (UTM), das die Koordination und Steuerung von Drohnenflügen in einem geteilten Luftraum ermöglichen soll. Das Fraunhofer IFAM ist aktives Mitglied der „Advanced Air Mobility Initiative Nordwestdeutschland und Deutsche Bucht“ (AAM-NW), die den Aufbau von Luftraum- und Infrastrukturkonzepten für die gemeinsame Nutzung des Luftraums durch bemannte und unbemannte Fluggeräte vorantreibt.