Robot, droni e sensori aiutano ora con le ispezioni e potrebbero essere completamente automatizzati in un futuro non troppo lontano.

I droni e i robot striscianti dotati di scanner speciali potrebbero aiutare le pale del vento a rimanere in servizio più a lungo, il che potrebbe ridurre il costo dell'energia eolica in un momento in cui le lame stanno diventando più grandi, più costose e più difficili da trasportare. A tal fine ai ricercatori del DOE's Blade Affidabilità Collaborative e Sandia National Laboratory hanno lavorato su modi per ispezionare le lame del vento in modo non invasivo per danni nascosti pur essendo più veloci e più dettagliati rispetto alle tradizionali ispezioni umane con le telecamere.

Le pale del vento sono le più grandi strutture composite a pezzo singolo costruite nel mondo, anche più grandi di qualsiasi aereo, e spesso vengono messe su macchine in luoghi remoti. Una lama è soggetta a fulmini, grandine, pioggia, umidità e altre forze mentre attraversa un miliardo di cicli di carico durante la sua vita, ma non puoi semplicemente farcela in un gancio per la manutenzione.

L'ispezione e la riparazione di routine, tuttavia, sono fondamentali per mantenere in servizio le lame delle turbine, afferma Paquette. Tuttavia, gli attuali metodi di ispezione non rilevano sempre danni abbastanza presto. Sandia sta attingendo alle competenze della ricerca avionica e robotica per cambiarlo. Catturando danni prima che diventi visibile, le riparazioni più piccole e più economiche possono fissare la lama ed estendere la sua durata di servizio, afferma.

In un progetto, Sandia ha equipaggiato un robot strisciante con uno scanner che cerca danni all'interno di lame del vento. In una seconda serie di progetti, Sandia ha abbinato i droni con sensori che usano il calore dalla luce solare per rilevare i danni.

Tradizionalmente, l'industria del vento ha avuto due approcci principali per ispezionare le lame del vento, afferma Paquette. La prima opzione è di inviare qualcuno con una fotocamera e un teleobiettivo. L'ispettore si sposta dalla lama alla lama che scatta foto e alla ricerca di danni visibili, come crepe ed erosione. La seconda opzione è simile, ma invece di stare a terra l'ispettore si distrae lungo una torre della lama del vento o manovre una piattaforma su una gru su e giù per la lama.

In queste ispezioni visive, si vedono solo danni superficiali. Spesso però, quando puoi vedere una crepa all'esterno di una lama, il danno è già piuttosto grave. Stai guardando una riparazione costosa o potresti anche dover sostituire la lama.

Queste ispezioni sono state popolari perché sono accessibili, ma non possono scattare danni prima che cresca in un problema più grande, afferma Paquette. I robot e i droni striscianti di Sandia mirano a rendere l'ispezione interna non invasiva delle pale del vento un'opzione praticabile per l'industria.

Sandia and Partners International Climbing Machines e DoPhitech hanno costruito un robot strisciante ispirato alle macchine che ispezionano le dighe. Il robot può spostarsi da un lato all'altro e su e giù per una lama del vento, come qualcuno che dipinge un cartellone pubblicitario. Le telecamere di bordo scattano immagini ad alta fedeltà per rilevare danni superficiali, nonché piccole demarcazioni che possono segnalare un danno più ampio del sottosuolo. Mentre si muove, il robot usa anche una bacchetta per scansionare la lama per danni usando l'imaging ad ultrasuoni ad array a fasi.

Lo scanner funziona in modo molto simile alle macchine ad ultrasuoni utilizzate dai medici per vedere i corpi all'interno, tranne in questo caso rileva danni interni alle pale. Le variazioni di queste firme ultrasoniche vengono automaticamente analizzate per indicare danni.

Il progetto Senior Senior Senior e il Progetto robotico di Crawler Dennis Roach afferma che un'ispezione ad ultrasuoni a gamma graduale può rilevare danni a qualsiasi strato all'interno delle pale spesse e composite.

L'impatto o il sovraccarico dalla turbolenza crea danni da sottosuolo non visibili. L'idea è quella di trovare danni prima che cresca a dimensioni critiche e può essere fissata con riparazioni meno costose che riducono anche i tempi di inattività della lama. Vogliamo evitare eventuali guasti o la necessità di rimuovere una lama.

Roach prevede i crawler robotici come parte di un metodo di ispezione e riparazione unico per le lame del vento.

Immagina una squadra di riparazione su una piattaforma che sale su una lama del vento con il robot che striscia in avanti. Quando il robot trova qualcosa, gli ispettori possono avere il robot segna il punto in modo che la posizione del danno al sottosuolo sia evidente. Il team di riparazione matura il danno e ripara il materiale composito. Questo shopping unico di ispezione e riparazione consente alla lama di tornare rapidamente.

Sandia ha anche lavorato con diverse piccole imprese in una serie di progetti per abbinare droni con telecamere a infrarossi che usano il calore dalla luce solare per rilevare danni a lama del vento nascosti. Questo metodo, chiamato termografia, rileva danni fino a mezzo pollice nel profondo della lama.

Abbiamo sviluppato un metodo che riscalda la lama al sole, quindi rotola o lancia lama fino a quando non è all'ombra. La luce solare si diffonde nella lama e eguaglia. Man mano che quel calore si diffonde, ti aspetti che la superficie della lama si raffreddi. Ma i difetti tendono a interrompere il flusso di calore, lasciando la superficie sopra e i difetti caldi. La fotocamera a infrarossi rileva quei punti caldi e la etichetta come danni rilevati.

Esistono dispositivi termografici a terra attualmente utilizzati per altri settori, come la manutenzione degli aeromobili. Poiché le telecamere sono montate sui droni per questa applicazione, le concessioni devono essere fatte, dice Ely.

Non vuoi qualcosa di costoso su un drone che potrebbe schiantarsi e non vuoi un maiale. Quindi, utilizziamo fotocamere IR davvero piccole che si adattano ai nostri criteri e quindi utilizziamo immagini ottiche e lidar per fornire ulteriori informazioni.

Lidar, che è come il radar ma utilizza la luce visibile anziché le onde a radiofrequenza, misura il tempo impiegato per viaggiare da e verso un punto per determinare la distanza tra gli oggetti. Assumendo ispirazione dal programma Mars Lander della NASA, i ricercatori hanno utilizzato un sensore lidar e hanno approfittato del movimento dei droni per raccogliere immagini di super risoluzione. Un drone che ispeziona una lama del vento si muove mentre impiega immagini e quel movimento consente di raccogliere immagini di super risoluzione.

Utilizzi il movimento per riempire ulteriori pixel. Se hai una fotocamera da 100 per 100 pixel o un lidar e scatta una foto, quella risoluzione è tutto ciò che avrai. Ma se ti muovi mentre scatti foto, di un importo sotto-pixel, puoi colmare tali lacune e creare una mesh più fine. I dati di diversi frame possono essere messi insieme per un'immagine di super risoluzione.

L'uso dell'imaging LIDAR e Super-Resolution consente anche ai ricercatori di monitorare con precisione dove è danneggiata la lama e Lidar può anche misurare l'erosione sui bordi della lama.

Le ispezioni autonome di ponti e linee elettriche sono già realtà e Paquette ritiene che diventeranno anche parti importanti per garantire l'affidabilità della lama del vento.

L'ispezione autonoma sarà un'area enorme e ha davvero senso nel settore del vento, date le dimensioni e la posizione delle lame. Insieme di una persona che ha bisogno di camminare o guidare dalla lama alla lama per cercare danni, immagina se le ispezioni fossero automatizzate.

Paquette afferma che c'è spazio per una varietà di metodi di ispezione, dalle semplici ispezioni a base di telecamere a terra ai droni e ai crawler che lavorano insieme per determinare la salute di una lama.

Posso immaginare che ogni pianta eolica abbia un drone o una flotta di droni che decollano ogni giorno, volare attorno alle turbine eoliche, fare tutte le loro ispezioni e poi tornare e caricare i loro dati. Quindi l'operatore dell'impianto eolico entrerà e esaminerà i dati, che saranno già stati letti dall'intelligenza artificiale che cerca differenze nelle lame da ispezioni precedenti e note potenziali problemi. L'operatore distribuirà quindi un crawler robotico sulla lama con sospetti danni per ottenere un aspetto più dettagliato e riparazioni del piano. Sarebbe un progresso significativo per l'industria.