En Offshore Energy, los vientos del cambio robótico son

Ya sea que nos demos cuenta o no, la robótica y los sistemas robóticos están comenzando a impactar nuestra vida diaria. Desde sistemas de recolección de almacén hasta dispositivos médicos de alta gama y su cortacésped mowbot. Cada uno tiende a especializarse en su propia tarea y ahora está comenzando a desarrollarse una tendencia similar en el espacio eólico marino, donde se espera que los robots puedan hacer que las operaciones sean más seguras y eficientes.

Según un informe, The Economic Opportunity for Robotics in Offshore Wind and Key Energy Markets by the Offshore Renewable Energy Catapult (ORE Catapult), publicado el año pasado, los costos operativos podrían reducirse hasta en un 9,5% para fines de esta década. Eso podría aumentar hasta un 27,1% una vez que se hayan realizado todas las innovaciones robóticas en los libros. La disponibilidad de turbinas también aumentaría, pero en un 1,07 % más modesto y hasta un 1,87 %, respectivamente.

Para los parques eólicos flotantes, los ahorros de gastos operativos podrían ser mayores, hasta un 18,8% para fines de 2040, y hasta un 25,8% una vez que se hayan realizado todas las innovaciones robóticas, dice el informe. Para poner eso en contexto, las actividades de operaciones y mantenimiento generalmente contribuyen entre el 15% y el 35% de la

“La resistencia es una de las cualidades de los robots y ahí es donde está una de las victorias”, dice Michael Corsar, CTO de la firma de innovación con sede en Cambridge Innvotek, que ha estado trabajando en una serie de conceptos, desde rastreadores hasta sistemas de drones. “Puede funcionar continuamente, no se enfría, no necesita pausas para el té”.

Anfibio

Algunos sistemas, más allá de las ofertas establecidas, como los ROV desplegados desde embarcaciones con tripulación, ya están comenzando a dar sus primeros pasos. Amphibian, desarrollado por Innvotek, con soporte de ORE Catapult, es uno. Es un rastreador atado diseñado para su uso en zonas de salpicaduras de hasta 60 m bajo el mar, que mide 800 mm por 600 mm por 350 mm y 40 kg, con un sistema automatizado de gestión de amarre. Aprovechando la potencia de la turbina, utiliza imanes alimentados para arrastrarse sobre la superficie de los monopilotes, por dentro y por fuera, o cualquier otra superficie de acero, incluidas las estructuras curvas o abovedadas.
“Puede limpiar incrustaciones y bioincrustaciones y transportar una variedad de cargas útiles de inspección, incluido el grosor de la pared mediante pruebas ultrasónicas e inspección visual cercana”, dice Corsar. “Queremos hacer esas secciones críticas a las que no se puede acceder con acceso por cuerda, buzos o ROV o andamios, y en la zona de salpicaduras”.

La idea surgió debido a un "zumbido" en torno al proceso de envejecimiento de las fundaciones. “Los cimientos de diseño de primera generación que alcanzaban los 10 o 15 años estaban llegando a la mayoría de edad y se estaban corroyendo quizás más rápido de lo que la gente quisiera o esperara y se requería una solución que no necesitara buzos o ROV. Hay una gran cantidad de monopilotes, 5000-6000 en el Mar del Norte, todos con problemas similares de corrosión y bioincrustaciones. Los monopilotes tienen 30-40 m de profundidad y 8 m de diámetro; hay una gran cantidad de área de superficie que debe inspeccionarse, una gran cantidad de longitud de soldadura que debe inspeccionarse”.
Amphibian está actualmente "medio automatizado". Tiene que ser conducido a una soldadura, pero una vez allí puede ejecutar una inspección automática. “La hoja de ruta de tres años es hacer un monopilote completo sin nadie excepto el despliegue y la recuperación”, dice Corsar.

Si bien está diseñado para la energía eólica marina, Amphibian ya se está utilizando en otras industrias, incluida la generación de energía en tierra, y también se está demostrando para la inspección de torres eólicas en tierra. También tiene aplicación en el transporte marítimo, para realizar actividades UWILD, así como en petróleo y gas, donde la empresa ha estado trabajando con Oceaneering en elevadores y cajones, dice Corsar.

El rastreador anfibio de Innvotek. Foto de Innvotek.

Tensado de pernos con robotUsando la misma plataforma, Innvotek ahora también está trabajando en otro robot diseñado para realizar la inspección y el tensado de pernos. Este vehículo tendrá “muchas más características y mucha más inteligencia en términos de comprensión de su entorno y capacidad en términos de herramientas. Inspección y limpieza de rutina, interacción física con el activo para apretar un tornillo”. El proyecto tiene aproximadamente nueve meses y luego visión por computadora para identificar los pernos y luego orientar y alinear las herramientas y luego hacer el 99% del torque en sí; “solo necesitará un comando de ir, no ir”.
La plataforma utilizará un enfoque distribuido para la localización, dice Corsar, lo que significa que utiliza diferentes fuentes de información, como el conocimiento existente del activo, por ejemplo, el espaciado de pernos,

“En un desarrollo relativamente nuevo, estamos comenzando a asociarnos con otra compañía que analiza las comunicaciones BVLOS vía satélite donde, con suerte, todo el control del robot se puede realizar desde la costa, dentro de los próximos 12 meses, utilizando comunicaciones satelitales de baja latencia”.

Innvotek también forma parte del proyecto Firefly Inspect, con su socio Mapair. El proyecto involucra un dron que utiliza tecnología infrarroja (una lámpara de calor de 1000 W) e inteligencia artificial para inspeccionar estructuras compuestas en busca de imperfecciones ocultas (una tecnología desarrollada inicialmente para inspeccionar las alas de los aviones). Un sistema de prueba, completo con una tecnología de cámara de movimiento OptiTrack para navegación, se demostró en las instalaciones de prueba de ORE Catapult en Blyth a principios de este año.

BladeBUG

Otro robot, BladeBUG, está analizando la inspección de álabes de turbina y la preparación de superficies, como parte de las reparaciones. Al fundador de la empresa, Chris Cieslak, se le ocurrió la idea en 2014, mientras trabajaba como ingeniero de turbinas de palas. En 2017, decidió dedicarse por completo a la idea, con el apoyo de ORE Catapult. Es un robot de seis patas, cada una de las cuales tiene su propio sistema de ventosas para ayudarlo a deslizarse y trabajar en las superficies de las cuchillas. Está atado y es operado por humanos a través de un sistema de movimiento semiautónomo: el operador usa un joystick para decir si se mueve hacia adelante, hacia atrás, hacia la izquierda o hacia la derecha, y el robot escanea la superficie para planificar cómo mover los pies.

“Está diseñado para ser llevado mar adentro, por lo que es pequeño, compacto y liviano (600 mm de ancho y largo y pesa 20 kg). Se trata de intentar cambiar la mentalidad del viento. Es muy reactivo, actualmente. Esperan a que los daños sean lo suficientemente graves como para enviar a un equipo de trabajos verticales en cuerda. Durante ese período, la cuchilla se vuelve más ineficiente. [with BladeBUG you can] comience a ver el problema y trátelo temprano, lo que podría prevenir casos en los que podría tener un defecto catastrófico”.

Un problema común es la erosión del borde de ataque. Esto sucede cuando la lluvia golpea la hoja mientras viaja a más de 200 mph, lo que hace que su perfil suave se vuelva áspero y picado. Este efecto luego se acelera, dice Cieslak. Un poco como tratar una mella en el parabrisas de un automóvil, el tratamiento temprano puede prevenir una falla catastrófica.
Gran parte del trabajo de desarrollo se ha centrado en la capacidad de desplazamiento de las palas, que se probó en la turbina de prueba de 7MW de ORE Catapult en Blyth. También ha estado desarrollando sus capacidades, que incluyen un sistema de prueba del sistema de protección contra rayos e inspección UT, para ver cualquier problema que los vehículos aéreos no tripulados (UAV/drones) no puedan detectar.

“Los drones son fantásticos para una inspección global rápida, para encontrar un área con problemas, BladeBUG puede determinar qué tan serios son o hacer las reparaciones”, dice Cieslak. “Somos la inspección de seguimiento de la próxima etapa y reparamos o brindamos más información a un especialista en reparaciones en tierra, lo que significa que el equipo de trabajos verticales en cuerda puede ir y no habrá sorpresas”.

El siguiente objetivo es un módulo de reparación, para realizar la limpieza y lijado de las zonas antes del tratamiento. Imagine una lijadora eléctrica que se mueve a través de la superficie de la hoja usando el cuerpo de BladeBUG, que tiene un control equivalente a una máquina CNC, dice Cieslak. Un desafío es la certificación, pero eso llegará, dice.

Una visión futura es un sistema inalámbrico totalmente autónomo controlado desde la costa, que funcione de turbina a turbina o como robots residentes en cada turbina, que admita futuros sistemas de monitoreo en línea en vivo. Sin embargo, todavía es pronto. La compañía tiene planificadas varias pruebas de adopción temprana.

Prueba de Bladebug en ORE Catapult Levenmouth Demonstration Turbine. Cortesía de BladeBUG

Despliegue desde USV

Se ha prestado mucha atención al uso de buques de superficie no tripulados (USV). Estos ya se están utilizando regularmente para el trabajo de inspección del sitio. Varios están tratando de desplegar robots submarinos desde USV. Fugro ya lo ha estado haciendo, para operaciones de inspección utilizando sus USV Blue Essence, con planes para vehículos más grandes. Sin embargo, está entregando drones o robots de rastreo de cuchillas a través de USV que muchos ven como una oportunidad significativa.
El enjambre de drones para la inspección no tripulada de turbinas eólicas (Dr-SUIT para abreviar) tiene como objetivo desplegar drones aéreos para la inspección de parques eólicos marinos desde USV y ahora está dirigido por Airborne Robotics con los socios Ocean Infinity, la Universidad de Portsmouth y Bentley Telecom. El grupo ha dicho que planea tener una demostración del sistema en 2022.

MIMRee

Esto sigue los pasos del proyecto MIMRee (inspección, mantenimiento y reparación de plataformas múltiples en entornos extremos). La visión del proyecto de solo dos años, que concluyó el año pasado, era que un Thales Halcyon USV detectara defectos en las palas utilizando un sistema de cámara integrado capaz de escanear palas en movimiento, desarrollado por Thales durante el proyecto. Entonces sería capaz de indicar a las palas que se detuvieran y lanzar un dron capaz de transportar un "rastrillo de palas" de seis patas sobre ellas para realizar una reparación.

“Fue un enfoque con visión de futuro muy ambicioso, tratando de ver hasta dónde podíamos llegar en esa hoja de ruta”, dice Hamish Macdonald, ingeniero de proyectos de ORE Catapult. “Al final, logramos algo de lo que pensé que eran algunas tecnologías prototipo realmente impresionantes que pudimos probar en entornos representativos”.

Eso incluyó aterrizar un dron en el USV, lo que incluyó el desarrollo de un software de planificación de misión global que comunicaba todo al dron y también al sistema de cámara de turbina en movimiento, que solo había sido una idea al comienzo del proyecto. Se desarrolló un sistema de despliegue para que el dron llevara un rastreador (se utilizó un prototipo inicial de un BladeBUG), pero esto tuvo que conformarse con las limitaciones de peso impuestas por la Autoridad de Aviación Civil del Reino Unido (que se redujo a 25 kg durante el proyecto).

“Podemos ver que hay oportunidades a corto plazo en las que se podría enfocar y llevar a la comercialización antes y otras consideraciones más relacionadas con la manipulación y la reparación que están un poco más adelante”, dice Macdonald.

Una victoria temprana es realizar más inspecciones de drones de forma remota a través de USV, dice, aunque existen algunos obstáculos en torno a las regulaciones, las consideraciones de la Agencia de Guardacostas Marítimos y la concesión de licencias en USV y más allá de las operaciones de línea de visión visual.

“Creo que los desarrolladores de parques eólicos están ansiosos por ver innovaciones como esta, la robótica es un área de innovación que llegó para quedarse y algo que quieren ver lo suficientemente sólido y comercial como para ser una solución”, dice Macdonald. “Ver proyectos como MIMRee es realmente útil. Creo que hay aspectos que podrían realizarse a corto plazo y que también les gustaría explorar”.

El proyecto MIMRee vio pruebas de aterrizaje de un dron aéreo en un buque de superficie no tripulado (USV) de Thales. Foto de ORE Catapult.

Comunicaciones

Para que todo esto funcione, estos múltiples robots necesitarán comunicaciones. Un plan futuro es que cada parque eólico tenga su propia plataforma de comunicación conectada a la costa y luego, dentro del parque eólico, conexiones inalámbricas locales para el ecosistema de otros robots que operan en ese entorno, dice Corsar.

“El centro en la granja proporcionaría más que solo comunicaciones, proporcionaría la energía para los rastreadores y la fruta al alcance de la mano en este espacio son los vehículos aéreos no tripulados”, dice. “Para nuestra plataforma, probablemente sería un enlace satelital de tierra baja a la costa, ya que será más ubicuo usar comunicaciones satelitales en lugar de comunicaciones de granja por granja. Pero tendrá problemas de ancho de banda, por lo que depende de nosotros desarrollar sistemas de control que no sean necesarios para pasar grandes cantidades de datos”.

Pero aún queda camino por recorrer antes de que esta visión se haga realidad. Amphibian ha ganado terreno en el sector del petróleo y el gas, a pesar de haber sido diseñado para la energía eólica marina. “El petróleo y el gas son mucho más maduros en cuanto a la gestión de la integridad. La energía eólica marina no es tan madura en cuanto a requisitos de inspección y técnicas de inspección. Es una industria más joven que todavía encuentra su lugar. Asimismo, sus activos son más jóvenes y no se desmoronan. Así que hay una serie de factores que nos frenan [in offshore wind].”