能源科技：可再生能源机器人

Remus AUV部署在Corran Narrows。照片来自MarynSol。

Gwynt Y Mor风电场。照片来自Rovco。

来自ASV Global的C-Cat 3用于Islay之声的ADCP工作。照片来自MarynSol。来自ASV Global的C-Cat 3用于Islay之声的ADCP工作。照片来自MarynSol。

来自ASV Global的C-Cat 3用于Islay之声的ADCP工作。照片来自MarynSol。

Islay Sound ADCP数据。图片来自MarynSol。

Rovco在风电场调查中推出ROV。照片来自Rovco。

Previous Next

随着全球海上可再生能源船队的增加，使用机器人和自动系统降低成本，提高运营和维护工作效率和安全性的方法也将不断增加。伊莱恩马斯林报道。

机器人和自动系统正在进入现代生活的许多领域。从手机到汽车系统以及现在的海上能源可再生项目，越来越难以避免它们。
在没有人为参与的情况下，两者都被视为工作，无论是枯燥，肮脏或危险的工作，还可以作为降低运营成本和生成更可靠的可重复数据的方法。
海洋可再生能源被视为该领域创新的成熟空间，特别是在运营和维护（O＆M）周围，这是一项人为密集的活动，受到海浪上下的通道问题的限制。
HOME离岸（海上风电场能源的整体运行和维护）是一个致力于海底电缆检测的远程和自主检测技术的大学联盟，他们表示海上运行和维护成本的80-90％是由访问要求产生的。海底检查可能是缓慢且昂贵的，并且通常包括具有大误差的手动目视检查。
根据海上风力加速器（OWA）的说法，一些检查需求未得到预期，包括灌浆联合问题，这些问题影响了大约35-40％的安装的单桩基础（大多数是2012年之前安装的结构），这是由恶劣的海洋环境引起的，由九个海上风电开发商支持的碳信托项目。 OWA表示，2012年之后建造的许多建筑物也需要进行性能监测，而采用焊接节点建造的夹克等新设计也将带来检测挑战。
此外，HOME Offshore集团表示，目前70％的海底电力电缆故障模式无法进行现场监控，从而抑制了准确的健康监控。 “通过整合技术，如自主水下航行器和先进的声纳技术，我们将获得对这些海底资产状况的新见解，”赫瑞瓦特大学智能系统集团总监David Flynn博士说道。 HOME离岸集团。
这将是一个需要解决的大市场。据贸易机构WindEurope称，2017年欧洲安装了约3.1吉瓦的新海上风电容量，是2016年安装容量的两倍。到2020年，WindEurope预计欧洲海上风电总容量将达到25GW，并伴随着所有相关的基础设施。
HOME Offshore估计，到2025年，仅在英国，使用海上风电场的远程检查和资产管理及其与岸上的连接可能是一个每年价值高达20亿英镑的行业。英国的海上可再生能源（ORE）Catapult认为，通过使用远程操作可以节省20-40％。

表面
无人水面舰艇（USV）可以作为解决方案的一部分，用于部件或人员转移，也可以是调查和监视，海上可再生能源（ORE）弹射器部门负责人，Wave＆Tidal Energy的Simon Cheeseman告诉全能会议5月初在格拉斯哥。 “USV可用于运行小规模备件。它（USV）可以在更宽的天气窗口中操作，没有人会感到饥饿，您可以在其上放置其他传感器，用于电缆监控和安全，所有这些都在一个多用途平台上。它可以启用我们迄今尚未想到的其他东西。“
据自动船舶供应商ASV Global称，多达60％的海上风电场运营成本与船舶有关。一项价值90万英镑的创新英国支持，为期18个月的项目，称为风电场自主船舶项目（WASP），正在研究在海上风电场维护中使用USV所需的条件。 WASP由ASV Global与ORE Catapult，SeaRoc Group，Houlder和普利茅斯大学合作领导。该小组将与Ørsted（以前的东能源）合作，用于与约克郡海岸140公里处的Hornsea One海上风电场相关的用例。
Cheeseman表示，自动系统（包括地面和海底）的一些技术挑战包括能够导航，避障，自我诊断和恢复，以及将自治系统集成到有人驾驶的海上协调系统中。围绕数据安全和黑客攻击也可能导致变压器或子站的损坏，以及自治系统周围的社会问题。
然而，作为调查业务的一部分，USV和AUV已经在海上可再生能源中使用。总部位于爱丁堡的MarynSol一直在使用USV对潮汐系统进行快速调查，以帮助进行潮汐能站点的可行性研究和阵列设计。
该公司的董事Jonathan Evans博士告诉All Energy，使用USV（如ASV Global的C-Cat）或自动水下航行器（AUV），如Remus，带传感器套件和MarynSol的SeaSmart软件，可能意味着快速移动观察和自动处理和报告。
“使用机器人海洋车辆作为调查平台可以减少船员的成本，风险和身体耐力所造成的限制，”他说。 “自动化数据处理降低了手动处理/处理数据的成本和错误风险。”
使用传统方法，静态ADCP将在船上使用，需要船员，通常在一个地方（如果你很幸运的话，两三个），至少一个农历月，然后是一周（或更多） Evans博士说，对于整个阵列站点没有直接观察的后处理报告，你只能在一个位置验证区域模拟模型。
在海上机器人车辆（AUV或USV）上使用SeaSmart和移动ADCP意味着能够覆盖整个潜在的阵列站点。 “它可以在短时间内（3-4天）针对特定潮汐，”埃文斯说。 “它具有高度自动化的数据后处理功能，可提供大面积模型验证和快速结果 - 通常在一小时或更短时间内完成，这有助于进行额外的即时后续测量。”
4月下旬，MarynSol在Islay北部海峡的声音中使用了C-Cat3。它在声音周围重复地运行，然后数据堆叠起来，可以切片并制作视频。 Evans说，它显示了数据中的大量内部结构，“水流过度相互反复，在某些地方有3-4米/秒，有趣的剪切剖面。”

可视化
许多项目都侧重于海底车辆支持的海底可视化技术，以评估海上可再生能源资产。 OWA项目将使Kraken Robotics在基础上展示其SeaVision 3D RGB水下激光成像系统。一个初始系统，包括高分辨率相机和激光创建为建立点云模型，设计用于部署在ROV和AUV等水下机器人平台上。
另一个由ORE Catapult支持的项目将使位于布里斯托尔的Rovco将其三维可视化技术与海底机器人系统结合使用，在人工智能驱动软件的支持下对海上风力基础进行成像，将检测成本降低80％。一个系统正在英格兰东北部布莱思的ORE Catapult国家可再生能源中心进行全面测试和验证。
灌浆
为了解决单桩和夹克上的灌浆和焊接缺陷问题，OWA正在支持许多海底技术开发商，包括Oceaneering。这家总部位于美国的公司是开发夹套基础焊缝检测技术的两家公司之一。 Oceaneering提供了一种工具，该工具将连接到护套结构，以执行节点焊接的详细扫描。与此同时，Kraken Robotics开发了激光成像设备，可以部署在ROV上，可以在使用更具针对性的Oceaneering工具之前找到定位缺陷。
作为同一项目的一部分，Uniper和Next Geosolutions正在开发海底单桩和灌浆检测技术。 Uniper与英国地质调查局合作，提供了一种在灌浆厚度波长下进行低频超声波检测的工具。来自超声波的光谱反射可以被解释为显示灌浆中的间隙或解散。
作为Hydrasun和Ashtead联合体的一部分，Next Geosolutions正在开发一种工具，使用宽带声纳检测进行海底灌浆检测，灵感来自瓶鼻海豚。这将检查夹套钢部件之间的灌浆状况。所有OWA支持技术的离岸试验计划在今年夏天/ 2018年秋季进行。

海底电缆
监测海底电缆可能是一项艰巨的任务。虽然大多数海上风电场建在浅水区，相对靠近岸边，但能见度很差，而且往往是强电流。电力电缆通常被沙子，泥土或淤泥掩埋或覆盖，因此采用传统方法进行勘测具有挑战性。北海南部的沙滩也可能在夜间发生巨大变化。
AUV可能是这一发展的关键工具。 ORE Catapult表示，使用AUV的海上风电场运营商可以将其平均能源成本（LCOE）降低0.8％。该组织表示，将这一成本节约用于400MW代表性海上风电场，减少0.8％的LCOE将使每年节省160万英镑的成本。在未来25年内，目前11GW的欧洲装机容量，相当于11亿英镑。
该空间的其中一个项目是位于达灵顿的Modus Seabed Intervention驻地AUV对接站项目（见地铁：2018年5月），该项目得到了ORE Catapult的支持。这旨在使车辆保持在现场以调查和检查海上风电场海底基础设施，而不是必须由支持船支撑。

新疆界
随着新的边界在海上可再生能源领域的开放，检查机会将进一步开放，尤其是在浮动海上风中。虽然今天只有一个正在运营的海上风电场，挪威国家石油公司位于苏格兰彼得黑德的海风公园，拥有五台浮动式风力发电机，但全球潜力巨大。由于海底组件多于固定底部风力涡轮机，包括船体，系泊缆绳，锚杆和布线，因此这里可能还有更多工作要做。
事实上，Oceaneering International Services最近被选为碳信托领导的浮动风能联合产业合作伙伴（JIP）研究的贡献者，因此评估浮动风项目的监测和检查要求。
离岸可再生能源是运营和维护领域的新兴市场。随着更多设施的建立，使用机器人和自动系统作为其运营和维护的一部分的情况将会增长。