Energy Tech: robótica para renovables

Un Remus AUV desplegado en Corran Narrows. Foto de MarynSol.

El parque eólico Gwynt Y Mor. Foto de Rovco.

Un C-Cat 3, de ASV Global, que se usa para trabajar con ADCP en Sound of Islay. Foto de MarynSol. Un C-Cat 3, de ASV Global, que se usa para trabajar con ADCP en Sound of Islay. Foto de MarynSol.

Un C-Cat 3, de ASV Global, que se usa para trabajar con ADCP en Sound of Islay. Foto de MarynSol.

Islay Sound ADCP data. Imagen de MarynSol.

Rovco lanza un ROV en una encuesta de parques eólicos. Foto de Rovco.

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A medida que aumente la flota global de flota de energía renovable en alta mar, también aumentarán las formas de reducir el costo y aumentar la eficiencia y seguridad de las operaciones y el trabajo de mantenimiento, utilizando sistemas robóticos y autónomos. Elaine Maslin informa.

La robótica y los sistemas autónomos se están moviendo en muchas áreas de la vida moderna. Cada vez es más difícil evitarlos, desde nuestros teléfonos hasta los sistemas automotrices y ahora los proyectos renovables de energía en alta mar.
Ambos son vistos como herramientas para realizar trabajos aburridos, sucios o peligrosos, sin intervención humana, pero también como una forma de reducir los costos operativos y producir datos repetibles más confiables.
Las energías renovables marinas se consideran un espacio propicio para la innovación en esta área, especialmente en lo que respecta a operaciones y mantenimiento (O & M), que es una actividad principalmente humana intensiva, limitada por problemas de acceso, por encima y debajo de las olas.
HOME Offshore (Operación Holística y Mantenimiento de Energía de Parques Eólicos), un consorcio de universidades que trabajan en tecnologías de inspección remota y autónoma para la inspección submarina de cables, dice que el 80-90% del costo de O & M costa afuera es generado por requisitos de acceso y esa rutina las inspecciones submarinas pueden ser lentas y costosas y, a menudo, incluyen inspección visual manual con grandes márgenes de error.
No se anticiparon algunas necesidades de inspección, incluidas emisiones conjuntas de juntas, que afectan al 35-40% de las fundaciones monopólicas instaladas (en su mayoría estructuras instaladas antes de 2012), causadas por el duro entorno marino, según el Acelerador de vientos marinos (OWA). un proyecto de Carbon Trust respaldado por nueve desarrolladores de energía eólica marina. Muchas de las estructuras construidas después de 2012 también necesitarán un monitoreo del desempeño, mientras que los diseños nuevos, como las chaquetas, que se construyen utilizando nodos soldados, también presentarán desafíos de inspección, dice OWA.
Además, actualmente el 70% de los modos de falla del cable de alimentación submarino no pueden monitorearse in situ, lo que impide una monitorización de la salud precisa, dice el grupo HOME Offshore. "Al integrar tecnologías, como los vehículos subacuáticos autónomos y la tecnología de sonda avanzada, obtendremos una nueva visión de la condición de estos activos submarinos", dice el Dr. David Flynn, director del Grupo de Sistemas Inteligentes de la Universidad Heriot-Watt, y miembro del grupo HOME Offshore.
Habrá un gran mercado para abordar. En 2017, se instalaron unos 3,1 GW de nueva capacidad eólica marina en Europa, el doble de la capacidad instalada en 2016, según WindEurope, una entidad comercial. Para 2020, WindEurope espera una capacidad eólica marina total en el mar de 25GW, con toda la infraestructura asociada que viene con él.
HOME Offshore estima que el uso de la inspección remota y la gestión de activos de los parques eólicos marinos y sus conexiones con la costa podría ser una industria con un valor de hasta £ 2 mil millones anuales para 2025, solo en el Reino Unido. La Catapult de Energía Renovable Offshore (ORE) del Reino Unido cree que se podrían obtener ahorros de entre 20 y 40% mediante el uso de operaciones remotas.

Superficie
Los buques de superficie no tripulados (USV) podrían ser parte de la solución, para la transferencia de piezas o personal, pero también de vigilancia y vigilancia, Simon Cheeseman, líder del sector, Wave & Tidal Energy, en catapulta de energías renovables marinas (ORE), dijo a la conferencia All Energy en Glasgow a principios de mayo. "Los USV se podrían usar para ejecutar repuestos de pequeña escala. Es (un USV) podría operar en una ventana de clima más amplio, nadie tiene hambre, y puede poner otros sensores allí, para la supervisión y seguridad del cable, todo en una sola plataforma multipropósito. Podría permitir otras cosas en las que no habíamos pensado hasta ahora ".
Según ASV Global, un proveedor autónomo de buques, hasta un 60% de los costos de explotación de parques eólicos marinos están relacionados con los buques. Un proyecto de 18 meses de 900,000 USD, innovado por el Reino Unido y respaldado por el Reino Unido, llamado Windfarm Autonomous Ship Project (WASP), está estudiando qué se necesita para usar los USV en el mantenimiento de parques eólicos marinos. WASP está dirigido por ASV Global, en asociación con ORE Catapult, con SeaRoc Group, Houlder y la Universidad de Plymouth. El grupo trabajará con Ørsted (anteriormente Dong Energy) en casos de uso, relevantes para el parque eólico marino Hornsea One, a 140 km de la costa de Yorkshire.
Algunos de los desafíos técnicos para los sistemas autónomos, tanto de superficie como submarinos, incluyen poder navegar, evitar obstáculos, autodiagnóstico y recuperación y la integración de sistemas autónomos en sistemas tripulados coordinados marítimos, dice Cheeseman. También existen inquietudes, en torno a la seguridad de los datos y la piratería, que podrían causar daños a un transformador o subestación, y también a problemas sociales, en torno a los sistemas autónomos.
Sin embargo, los USV y AUV ya se están utilizando en energías renovables en alta mar como parte de las operaciones de levantamiento. MarynSol, con sede en Edimburgo, ha estado utilizando los USV para realizar estudios rápidos de sistemas de mareas, para ayudar en los estudios de factibilidad y diseño de conjuntos para sitios de energía de las mareas.
El director de la firma, el Dr. Jonathan Evans, dijo a All Energy que usar un USV, como el C-Cat de ASV Global, o un vehículo subacuático autónomo (AUV), como Remus, con un paquete de sensores y el software SeaSmart de MarynSol, puede significar un móvil rápido observaciones y procesamiento e informes automatizados.
"El uso de vehículos marinos robóticos como plataforma de estudio reduce las limitaciones causadas por los costos, los riesgos y la resistencia física de la tripulación", dice. "La automatización del procesamiento de datos reduce los costos y los riesgos de errores del manejo / procesamiento manual de los datos".
Con un enfoque convencional, se utilizaría un ADCP estático en un buque, que requeriría una tripulación, generalmente en un solo lugar (o dos o tres si tiene mucha suerte), durante al menos un mes lunar, seguido de una semana (o más) ) de informes posteriores al procesamiento sin observaciones directas en todo el sitio de la matriz y solo se puede validar un modelo de simulación de área en una sola ubicación, dice el Dr. Evans.
El uso de SeaSmart y un ADCP móvil en un vehículo robótico marino (AUV o USV) significa que puede cubrir todo el sitio potencial de la matriz. "Puede dirigirse a mareas específicas durante un período corto (3-4 días)", dice Evans. "Tiene un procesamiento posterior de datos altamente automatizado para proporcionar validación de modelos de áreas grandes y resultados rápidos, por lo general en una hora o menos, lo que facilita mediciones de seguimiento adicionales inmediatas".
A fines de abril, MarynSol usó un C-Cat3 en el canal Sound of Islay North. Ejecutó repetidas piernas alrededor del Sound, luego los datos se apilaron y se pudieron cortar y producir un video. Mostró una gran cantidad de estructura interna en los datos, dice Evans, "el agua fluye una sobre otra rebotando en la batimetría, 3-4m / seg en algunos lugares, con perfiles de corte interesantes".

Visualización
Varios proyectos se están enfocando en tecnologías de visualización submarinas respaldadas por vehículos submarinos, para evaluar activos de energías renovables en alta mar. Un proyecto de OWA verá a Kraken Robotics demostrar su sistema de formación de imágenes subacuáticas subacuáticas SeaVision 3D RGB sobre cimientos. Un sistema inicial, que incorpora una cámara de alta resolución y un láser para crear modelos de nubes de puntos construidos, se diseñó para su implementación en plataformas robóticas subacuáticas como ROV y AUV.
Otro proyecto, con soporte de ORE Catapult, verá que Rovco, con sede en Bristol, utilizará su tecnología de visualización 3D con sistemas robóticos submarinos para crear imágenes de cimientos eólicos marinos, respaldados por software impulsado por inteligencia artificial, para reducir los costos de inspección en un 80%. Un sistema se estaba moviendo a pruebas y validación completas en el Centro Nacional de Energía Renovable de ORE Catapult en Blyth, al noreste de Inglaterra.
Lechada
Para abordar los problemas relacionados con la lechada y las fallas de soldadura en monopilotes y chaquetas, OWA está apoyando a varios desarrolladores de tecnología submarina, incluido Oceaneering. La firma con sede en EE. UU. Es una de las dos que cuenta con el respaldo para desarrollar tecnologías de inspección de soldadura de cimentación de camisa. Oceaneering ha ofrecido una herramienta que se unirá a la estructura de la chaqueta para realizar un escaneo detallado de las soldaduras de los nudos. Mientras tanto, Kraken Robotics desarrolló un dispositivo de imagen láser, que puede implementarse en un ROV, que podría encontrar defectos de localización antes de que se utilice la herramienta Oceaneering más específica.
Como parte del mismo proyecto, Uniper y Next Geosolutions están desarrollando tecnologías de inspección monopila y lechada submarina. Trabajando con British Geological Survey, Uniper ha ofrecido una herramienta para realizar la inspección de ultrasonido de baja frecuencia a la longitud de onda del espesor de la lechada. Las reflexiones espectrales del ultrasonido se pueden interpretar para mostrar lagunas o disgregación en la lechada.
Next Geosolutions, como parte de un consorcio con Hydrasun y Ashtead, también está desarrollando una herramienta para llevar a cabo la inspección de la lechada submarina utilizando la inspección de sonar de banda ancha, inspirada en los delfines nariz de botella. Esto examinará la condición de la lechada entre los componentes de la cubierta de acero. Las pruebas en el mar para todas las tecnologías compatibles con OWA están planificadas para este verano / otoño de 2018.

Cables submarinos
Monitorear los cables submarinos puede ser una tarea más difícil. Si bien la mayoría de los parques eólicos marinos se han construido en aguas poco profundas, relativamente cerca de la costa, la visibilidad es deficiente y, a menudo, hay fuertes corrientes. Los cables de alimentación generalmente están enterrados o cubiertos por arena, barro o limo, lo que dificulta el estudio con métodos tradicionales. Los bancos de arena en el sur del Mar del Norte también pueden cambiar drásticamente durante la noche.
Los AUV pueden ser una herramienta clave en este desarrollo. ORE Catapult dice que los operadores de parques eólicos marinos que usan AUV pueden reducir su costo nivelado de energía (LCOE) en un 0.8%. Aplicando este ahorro de costos para un parque eólico marino representativo de 400MW, una reducción de 0.8% de LCOE producirá un ahorro de costos de £ 1.6 millones al año, dice la organización. A través de los 11GW actuales de la capacidad instalada europea en los próximos 25 años, eso podría equivaler a £ 1.1 billones.
Uno de los proyectos en este espacio es el proyecto residente de la estación de acoplamiento AUV de Modus Seabed Intervention, con sede en Darlington (ver MTR: mayo de 2018), que cuenta con el apoyo de ORE Catapult. Esto tiene como objetivo que los vehículos permanezcan en el campo para inspeccionar e inspeccionar la infraestructura submarina de la granja eólica marina, en lugar de tener que ser respaldados por buques de apoyo.

Nuevas fronteras
Las oportunidades de inspección se abrirán aún más a medida que se abran nuevas fronteras en el espacio de las energías renovables en alta mar, en particular dentro de la energía eólica marina flotante. Si bien hoy en día solo hay un parque eólico marino piloto en operación, el parque Hywind de Statoil en la costa de Peterhead, Escocia, con cinco turbinas eólicas flotantes, el potencial global se considera significativo. Con más componentes submarinos que turbinas eólicas de fondo fijo, incluidos cascos, líneas de amarre, anclajes y cableado, posiblemente haya más trabajo por hacer aquí.
De hecho, Oceaneering International Services fue seleccionado recientemente como colaborador del estudio de Asociación de la Industria del Viento Flotante (JIP, por sus siglas en inglés) liderado por Carbon Trust para evaluar los requisitos de monitoreo e inspección para proyectos eólicos flotantes.
Las energías renovables marinas son un mercado emergente en el espacio de O & M. A medida que se construyan más instalaciones, aumentará el uso de sistemas robóticos y autónomos como parte de sus operaciones y mantenimiento.