Automatyka na morzu i offshore

Statki budowane są w technologii blokowej, która polega na ich montowaniu z prefabrykowanych sekcji. Segmenty te są wykonywane w stoczni, włącznie z wbudowaniem w nie wyposażenia oraz różnych instalacji (elektrycznej, wodno-kanalizacyjnej, wentylacji) – im więcej elementów można zainstalować w blokach na tym etapie, tym sprawniejszy i szybszy jest montaż końcowy. Następnie sekcje są transportowane do doku albo pochylni, gdzie są łączone, tworząc kadłub statku.

Mimo że technologia blokowa znacząco usprawnia budowanie statków, nadal jest to zadanie czasochłonne i pracochłonne, obciążające fizycznie pracowników, wymagające precyzji i skomplikowane, przede wszystkim ze względu na swoją skalę oraz poziom kastomizacji. Tradycyjnie przemysł stoczniowy polegał na pracy wykwalifikowanego personelu. Ostatnio jednak branża ta coraz częściej boryka się z trudnościami w tym zakresie – braki siły roboczej są coraz bardziej odczuwalne, w miarę jak m.in. energetyka jądrowa, budownictwo i przemysł naftowy przyciągają coraz więcej przeszkolonego personelu morskiego.

Automatyzacja spawania w stoczniach

W odpowiedzi na to wyzwanie w stoczniach upowszechniają się roboty – automatyzacja jak największej liczby zadań staje się koniecznością, aby w obliczu braków wykwalifikowanych pracowników nadążyć za wymaganiami klientów i zachować konkurencyjność. Robotyzacja najbardziej pracochłonnych i najuciążliwszych zadań zwiększa też produktywność i poprawia bezpieczeństwo pracowników. Zadaniem, w którym roboty są wykorzystywane od dawna, jest spawanie.

Jest to podstawowa technologia łączenia materiałów w branży stoczniowej, która polega na uzyskiwaniu wodoszczelnych oraz gładkich połączeń, które zmniejszają opory ruchu kadłuba. Jednocześnie jest to jeden z najdroższych i najbardziej czasochłonnych etapów budowy statków. Nic zatem dziwnego, że już w latach 80. zeszłego wieku w stoczniach, najpierw w Japonii, a następnie na całym świecie, zaczęto instalować roboty spawalnicze. Od tego czasu jednak, chociaż koszty pracy znacznie wzrosły, podczas gdy ceny robotów przemysłowych spadły, a ich technologia się rozwinęła, robotów spawalniczych w produkcji statków przybywało w wolniejszym tempie, niż w innych gałęziach przemysłu. Zwłaszcza w małych i średnich stoczniach stopień zrobotyzowania spawania w dalszym ciągu jest bardzo niski. Wynika to przede wszystkim ze specjalnych wymagań, jakie niesie ze sobą wdrożenie robota na stanowisku montażowym bloków statku. Sprawiają one, że inwestycja w zakup takiej maszyny nie zwraca się na tyle szybko, aby było to opłacalne, ze względu na jej nieefektywne wykorzystywanie.

 

Fot. 1. Autonomiczny pojazd podwodny firmy Eelume

Wyzwania w spawaniu statków

Największe wyzwania w robotyzacji spawania statków to: duże wymiary elementów (ze względu na nie zwykle zasięg robotów spawalniczych to 1,5‒2 metry i wymagane są specjalne systemy pozycjonowania i transportowe, jak roboty suwnicowe, dźwigi, systemy mobilne, przenośniki), małe tolerancje odchyłek położenia i geometrii elementów, ograniczona przestrzeń robocza. Przede wszystkim jednak problemem jest to, że zadania spawania w przemyśle stoczniowym nie są powtarzalne, ponieważ produkcja statków nie jest seryjna, lecz zindywidualizowana – każdy projekt jest w zasadzie wyjątkowy. Dlatego roboty przemysłowe, projektowane pod kątem jak najefektywniejszej realizacji zadań powtarzających się, są w tym zastosowaniu nieelastyczne. Dla ich efektywności jest również kluczowy wybór właściwej metody ich programowania. Wymaga to często niekonwencjonalnego podejścia, ponieważ techniki tradycyjne w przypadku produkcji jednorazowej zazwyczaj skutkują niekorzystnym stosunkiem czasu programowania do czasu spawania. Rozwój opłacalnych metod programowania jest zatem warunkiem koniecznym dla wzrostu liczby robotów wykorzystywanych w przemyśle stoczniowym.

 

Fot. 2. Robot ANYmal firmy ANYbotics

Programowanie robotów w stoczniach

Początkowo roboty spawalnicze były programowane online, ze względu jednak na złożoność oraz koszty tej techniki szybko zastąpiono ją metodą offline. W jej zakresie stosowano różne podejścia. Na przykład w celu określenia geometrii obiektu dane CAD przesyłano bezpośrednio do systemu programowania robota lub niezbędne informacje wprowadzano w postaci parametrycznego opisu obiektu na podstawie rysunków. Jeżeli chodzi o planowanie trajektorii, korzystano z kolei z makr, czyli predefiniowanych wzorców ruchu dla często powtarzających się detali. Znacznie skracało to programowanie robota, o ile makr nie było zbyt wiele, co inaczej utrudniało zarządzanie nimi i ich wybór. Z czasem podejście to uzupełniono o rozwiązania w zakresie unikania kolizji i ostatecznie opracowano systemy programowania automated offline programming, które zaczęły zapewniać opłacalny stosunek czasu programowania do czasu produkcji. Niestety, programowanie offline, zwłaszcza w przypadku małych i średnich stoczni, ma wady, takie jak wymóg umiejętności programowania na wysokim poziomie w przypadku obiektów o nietypowych kształtach i nieuwzględnianie odchyleń pozycji i geometrii przedmiotu. Dlatego trzeba go wyrównywać zgodnie z wcześniej zdefiniowanymi lokalizacjami. Z czasem zaczęto więc w stoczniach wdrażać podejście hybrydowe, na przykład na podstawie danych CAD i informacji z systemu wizyjnego.

Automatyzacja terminali w portach

Typowa sekwencja zadań w terminalach kontenerowych w portach jest następująca: kontenery, dostarczane ciężarówkami albo pociągami, są rozładowywane na placu, rozwożone po nim, układane w stosy. Gdy przypłynie statek, dźwigi przenoszą ładunki na pojazdy transportowe, które przewożą je na nabrzeże portowe, gdzie dźwigi przekładają je na pokład jednostki pływającej. Przy rozładunku operacje te są wykonywane w odwrotnej kolejności – ładunek ze statku jest rozładowywany na nabrzeżu w porcie, transportowany na plac, przekładany na ciężarówki.

W obu kierunkach płynność realizacji poszczególnych kroków decyduje o sprawności łańcucha dostaw. Żeby ją poprawić, na kolejnych etapach wdraża się rozwiązania automatyki. Obsługę terminali kontenerowych w portach można łatwo zautomatyzować, ponieważ ładunki, które są w nich składowane, są zestandaryzowane, operacje powtarzalne, a otoczenie przewidywalne.

Automatyka w suwnicach bramowych

Kontenery na placu układane są piętrowo. Stosy ustawiane są w rzędach, zwykle oddzielonych wąskimi odstępami. Liczba kontenerów w stosie i liczba rzędów w sekcji zależą od wymiarów ładunków i rozmiarów dostępnego miejsca na placu.

Do układania ładunków w tak uporządkowany sposób używane są suwnice bramowe w wersji zautomatyzowanej ASC (Automatic Stacking Cranes). Są to zwykle suwnice zamontowane na szynach RMG (Rail-Mounted Gantry). Typowa wysokość i szerokość tych urządzeń wynosi 30 metrów. Przeważnie jedna suwnica obsługuje nawet kilkanaście rzędów, a dwie współdzielą parę szyn. ASC wyposażone są w liczne czujniki, które lokalizują kontenery i ich miejsce docelowe. Są to m.in. laserowe systemy naprowadzania. Zapewniają one dokładność pozycjonowania ładunków rzędu kilku centymetrów. To w przypadku kontenerów o długości kilkunastu metrów, które ważą nawet kilkadziesiąt ton i przemieszczają się z prędkością sięgającą kilku metrów na sekundę, oznacza dużą precyzję. ASC są również wyposażone w enkodery i dalmierze laserowe, które mierzą pozycje wózka, wciągnika i rozrzutnika (zespołu odkładającego ładunek) względem kontenera. Położenie suwnicy wzdłuż szyn jest z kolei określane z wykorzystaniem anteny, która odbiera sygnały z transponderów RFID zamontowanych w podłożu. Rozmieszczenie kontenerów na placu planuje i nadzoruje Equipment Control System (ECS). ECS poza tym steruje robotami mobilnymi AGV (Automated Guided Vehicle), wyznaczając im optymalne (najkrótsze, bezkolizyjne) ścieżki ruchu. AGV w terminalach portowych są wykorzystywane w transporcie poziomym, przewożąc kontenery z nabrzeża i na nabrzeże.

Automatyka w dźwigach STS

Dźwigi STS (Ship To Shore) służą do transportu kontenerów ze statku na nabrzeże portowe oraz w kierunku odwrotnym. Wprawdzie operator tych urządzeń zwykle wciąż jest obecny, coraz częściej jednak jego rola ogranicza się do nadzorowania ich pracy i zdalnego sterowania nimi w zadaniach, które wymagają obsługi ręcznej. Jest to możliwe dzięki temu, że w dźwigach STS wprowadza się coraz więcej funkcji automatyki. Te zwiększają też ich wydajność, ograniczają koszty operacyjne oraz poprawiają bezpieczeństwo operacji przeładunkowych. Przykładem jest system wspierający operatora w przenoszeniu ładunku przez ograniczanie jego kołysania, które powoduje zazwyczaj wiatr lub nierównomierne rozłożenie obciążenia. Ten niekontrolowany ruch jest problematyczny szczególnie wtedy, kiedy ładunek jest podnoszony z pokładu statku albo odstawiany w porcie. Próbując ustabilizować jego kołysanie się operator traci czas, a ten, sumując się przy dużej liczbie kontenerów, zwiększa opóźnienia – automatyczne tłumienie kołysania może więc znacznie skrócić załadunek. Kolejne przykłady to systemy optymalizowania ścieżki ruchu między pozycją początkową a końcową oraz pozycjonowania kontenerów w miejscu docelowym. Pierwszy opiera się na danych ze skanerów laserowych, które monitorują otoczenie na drodze od statku do nabrzeża portowego, co pozwala na stosowne do aktualnych warunków spowalnianie albo przyspieszanie ruchu wciągnika dźwigu, aby omijał przeszkody i przemieszczał się najkrótszą trasą.

Statki autonomiczne

Nowoczesne jednostki pływające wyposażone są w szereg systemów automatyki i sterowania oraz monitorowania ich stanu. Przyszłością transportu morskiego mają być jednak statki w pełni autonomiczne.

Tytułowe statki będą wyposażone w system, który będzie samodzielnie planował trasę oraz dobierał ustawienia układu sterowania i napędu, żeby prowadzić jednostkę w sposób bezkolizyjny i unikając wpłynięcia na mieliznę, uwzględniając aktualne warunki zewnętrzne i jej stan. Statki tej klasy będą obsługiwane załogowo, bezzałogowo albo zdalnie, w zależności od poziomu ich niezależności. W przykładowej klasyfikacji wyróżnia się pięć jej poziomów. Najniższy będzie oznaczał, że system autonomiczny będzie jedynie wspomagać operatora, zaś najwyższy, że przejmie pełną kontrolę nad statkiem. Poziom niezależności będzie determinowany stopniem, w jakim automat będzie zastępować, operatora w pozyskiwaniu i analizowaniu informacji, podejmowaniu w oparciu na nich decyzji oraz działaniu. W typowym systemie autonomicznym będzie można wyróżnić kilka podsystemów. Główne będą odpowiadały za: gromadzenie oraz przetwarzanie danych, nawigację, komunikację i zdalne wsparcie. Zadaniem pierwszego będzie analiza otoczenia, tzn. obecności i ruchu innych statków i obiektów morskich, środowiska morskiego (pogody, wysokości fal, prędkości wiatru) i stanu oraz ruchu samego statku (pozycji, prędkości, kierunku).

Zadania podsystemu nawigacji

W tym celu zbierać będzie dane z wielu sensorów (radar, LIDAR, kamery, kamery termowizyjne, stacje pogodowe, sensory wysokości fal, żyroskopy, GPS) i na ich podstawie dostarczać wyniki, pozwalające na podejmowanie decyzji operacyjnych. Ich odbiorcą będą operatorzy albo system autonomiczny. Na przykład w razie rozpoznania obiektu znajdującego się na kursie kolizyjnym ze statkiem informacja o tym będzie przekazywana podsystemowi nawigacji, a w przeciwnym przypadku alarmowany będzie operator. Podsystem nawigacji z kolei będzie miał za zadanie: planować optymalną, bezkolizyjną, bezpieczną trasę, aktualizować ją w czasie rzeczywistym w razie potrzeby, sterować statkiem oraz regulować parametry pracy jego napędu, alarmować operatora w razie wejścia na kurs kolizyjny z wcześniej niezidentyfikowanym obiektem, a w przypadku braku odpowiedzi z jego strony przejść w tryb awaryjny, żeby uniknąć zderzenia, informować operatora, a w razie braku jego reakcji podjąć działania, jeśli nastąpi wcześniej nieplanowana zmiana kursu. System komunikacji natomiast będzie odpowiadał za łączność między statkiem a: innymi statkami, brzegowymi stacjami kontroli ruchu na morzu, służbami ratunkowymi oraz systemem zdalnego wsparcia. Za pośrednictwem tego ostatniego operatorzy będą nadzorować system autonomiczny, a w razie jego awarii przejmować kontrolę nad statkiem.

Perspektywy i wyzwania

Statki autonomiczne mają potencjał, by zrewolucjonizować transport morski – dzięki nim ma on szansę stać się tańszy, wydajniejszy, bezpieczniejszy. Efektywniej będzie też można wykorzystać dostępną przestrzeń na statku, potencjał załogi, paliwo. Z drugiej strony, choć ograniczone zostaną błędy ludzkie, to pojawią się kolejne wyzwania, przede wszystkim w dziedzinie cyberbezpieczeństwa.

Konieczne będą też zmiany w prawie lokalnym, międzynarodowym i morskim, które nie obejmują przypadku statków sterowanych zdalnie ani autonomicznych. Regulacji wymaga również kwestia odpowiedzialności za jednostki pływające tego typu. Głównym wyzwaniem pozostają jednak w dalszym ciągu problemy techniczne. Jeżeli chodzi o czujniki, środowisko morskie stawia im specjalne wymagania w zakresie wytrzymałości na trudne warunki otoczenia. Ich ogromna liczba potrzebna przy pełnej autonomii wymusza optymalizację ich kosztów. Dopracować trzeba także algorytmy sterowania i nawigowania bezkolizyjnego, które muszą stosować się do przepisów morskich. Kluczowa jest ponadto dostępność łączy komunikacyjnych o odpowiedniej przepustowości, niezawodności (dzięki nadmiarowości) oraz skalowalności.

Platformy wiertnicze i wydobywcze

Morskie platformy wiertnicze i wydobywcze stanowią skrajnie nieprzyjazne środowisko pracy, o wysokim stopniu ryzyka wystąpienia wypadków – te zdarzają się wprawdzie rzadko, ale jeśli już do nich dochodzi, skutki dla załogi i otoczenia są katastrofalne. Wynika to ze specyfiki tego typu obiektów przemysłowych – zagrożeniem są łatwopalne surowce, które są na nich wydobywane i niebezpieczne urządzenia oraz narzędzia stanowiące ich wyposażenie. Bezpieczeństwu pracy nie sprzyjają także: ograniczona przestrzeń, wpływająca na swobodę poruszania się oraz operowania sprzętem i fakt, że platformy znajdują się w morskim środowisku, z daleka od lądu, zwykle w rejonach świata, gdzie panują ekstremalne warunki pogodowe. To sprawia, że ponieważ większość zadań wykonuje się na zewnątrz, pracownicy narażeni są na skrajne temperatury, silny wiatr, opady atmosferyczne (deszcz, śnieg), oblodzenie. Ponadto fale, prądy morskie i sztormy wpływają na stabilność tych konstrukcji. Ze względu na te wszystkie zagrożenia, zabezpieczenia i procedury postępowania na platformach wiertniczych i wydobywczych są na bardzo wysokim poziomie. Niestety, czynnikiem, którego nie można całkiem wyeliminować, jest błąd ludzki.

Automatyka na platformach

Pokazały to wypadki na platformach wiertniczych Piper Alpha u wybrzeży Szkocji i Deepwater Horizon w Zatoce Meksykańskiej. W obu przypadkach zdarzenia te miały przebieg gwałtowny i zakończyły się kompletnym zniszczeniem obiektu oraz śmiercią wielu członków załogi, z której, ze względu na wielkiej skali pożar, zadymienie i dużą odległość od lądu utrudniające akcję służb ratowniczych, zdołali się uratować tylko nieliczni pracownicy. Poza tym skutki wypadków były jeszcze bardzo długo odczuwalne w związku ze zniszczeniem lokalnego środowiska – wycieki paliwa zanieczyściły morze, a produkty jego spalania zatruły powietrze. Dlatego w tego typu obiektach dąży się do ograniczania obecności ludzi. W tym celu ich zadania automatyzuje się.

Potencjał w tym zakresie jest spory. Przykładem są zadania ”brudne” i wymagające dużej siły, jak łączenie rur podczas ich wymiany, w którym ludzi zastępują automaty w postaci zacisku z regulowaną średnicą otworu i kluczem do dokręcania o momencie obrotowym nawet kilkuset kNm. Dostępne są także roboty podnoszące i mocujące rury w odwiercie i roboty wiertnicze, automatyzujące wszystkie operacje związane z rurami i narzędziami. Opracowywane są też platformy automatyzacji i digitalizacji odwiertów. Oferowane są zarówno narzędzia, które usprawniają zarządzanie kompleksowo całym sprzętem wiertniczym, jak i dedykowane do konkretnych operacji. Przykładem ostatnich jest przełączanie pomiędzy trybami wiercenia rotary i slide, które jest wykonywane, by zmienić trajektorię odwiertu albo skorygować automatyka na morzu i offshore źródło: BPjej odchyłkę. Inną funkcją tego typu aplikacji jest zapobieganie efektowi poślizgu (stick-slip) spowodowanemu drganiami, który może powodować uszkodzenie wiertła. Jeśli opcja ta zostanie aktywowana, kontroler napędu będzie dostosowywał prędkość obrotową wiertła tak, aby energia ruchów skrętnych przenoszona na powierzchnię była pochłaniana. To po kilku cyklach skutkować będzie wytłumieniem wibracji.

Pojazdy ROV I AUV

W branży naftowej wykorzystywane są też zdalnie sterowane pojazdy ROV (Remotely Operated Vehicles) i autonomiczne pojazdy podwodne AUV (Autonomous Underwater Vehicles) (patrz: ramka). Ich główne zastosowania to inspekcje i eksploracja.

Są one wciąż rozwijane. Przykład to autonomiczne pojazdy firmy Eelume, do prac nad którymi inspiracją były... węże strażackie. Są one budowane z modułów, które można ze sobą zestawiać w dowolny sposób. Dzięki temu, że sztywne sekcje łączone są za pomocą elastycznych łączników ,mogą zmieniać kształt i poruszają się, ”zwinnie” manewrując nawet w ograniczonej przestrzeni. Moduły różnią się wyposażeniem – sensory i chwytaki można montować w dowolnym miejscu wzdłuż korpusu pojazdu. Możliwa jest przykładowo konfiguracja dwuramienna, z narzędziami zamontowanymi na obu końcach i korpusem uformowanym w kształt litery U – jeden koniec ramienia może służyć do zakotwiczenia pojazdu, a drugi operować chwytakiem lub pierwszy może za pomocą kamery rejestrować przebieg operacji. Opływowy kształt ułatwia pojazdom firmy Eelume poruszanie się nawet przy silnych prądach morskich. W założeniu będą one pracować cały czas pod wodą, dokując się do stacji ładowania na dnie morskim.

Kolejny przykład to Aquanaut opracowany przez specjalizującą się w robotyce oceanicznej firmę Houston Mechatronics. Jest to wielofunkcyjny robot podwodny, mogący pracować jako zdalnie sterowany pojazd (bez uwięzi) lub autonomiczny pojazd podwodny. Przełączenie z trybu AUV na ROV zachodzi w zależności od potrzeb. W pierwszym ramiona robota są ukryte w kadłubie. Jego opływowy kształt pozwala na pokonanie dużej odległości dzięki wbudowanemu napędowi i akumulatorom. Po dotarciu do celu pojazd przechodzi w tryb ROV. Wtedy kadłub otwiera się, odsłaniając kamery i skanery laserowe. Rozkładają się też ramiona wyposażone w chwytaki i narzędzia.

Roboty na platformach

Roboty takie jak Eelume czy Houston Mechatronics nie są jeszcze używane w branży naftowej powszechnie, ale już sam fakt, że takie powstały i są testowane, świadczy o tym, że projekty do niedawna jeszcze będące pomysłami z kategorii science fiction, urzeczywistniają się. Z czasem na pewno można oczekiwać ich komercjalizacji. Podobnie będzie z pewnością z czworonożymi robotami, których przykładem jest ANYmal firmy ANYbotics. Tego typu maszyny mają szansę sprawdzić się na platformach wiertniczych i wydobywczych, ponieważ są wyposażone w... nogi. Dzięki temu lepiej niż tradycyjne roboty przemysłowe będą sobie radzić z poruszaniem się po obiektach zaprojektowanych z myślą o ludziach, pełnych sprzętu, rur, stopni, schodów, innych przeszkód i w ciasnych przestrzeniach. Na przykład ANYmal jest w stanie wchodzić i schodzić ze schodów i pochyłości (do 30º), pokonywać przeszkody, jak progi (maks. 25 cm) i szczeliny (30 cm) i czołgać się (pod min. 60 cm). Potrafiwrócić do równowagi w razie jej utraty. Stopień IP 67 pozwala mu na pracę wewnątrz i na zewnątrz budynków, w deszczu, śniegu, w strumieniu wody, przy zapyleniu, przy nasłonecznieniu oraz w ciemnościach. Jest to robot autonomiczny. Rozpoznaje otoczenie, planuje optymalne ścieżki ruchu oraz uczy się powtarzalnych procedur, dzięki zaimplementowaniu algorytmów opartych na sztucznej inteligencji, które analizują dane z czujników (kamera, kamera termowizyjna, mikrofon do rejestracji sygnałów akustycznych w zakresie częstotliwości słyszalnych i ultradźwięków). Komunikuje się za pośrednictwem Wi-fii 4G/LTE, ale większość analiz wykonuje komputer pokładowy. Dzięki temu ANYmal potrafina przykład odczytywać wskazania analogowych przyrządów pomiarowych i sprawdzać stan zaworów, wykrywać: gorące punkty instalacji, wibracje i przecieki, a opcjonalnie (wyposażony w czujnik gazu) wycieki trujących gazów. W razie potrzeby operator może także przejąć nad nim zdalnie pełną kontrolę. Maszyny takie jak ANYmal przyczynią się z pewnością w przyszłości do upowszechnienia się bezzałogowych platform wiertniczych i wydobywczych – pierwsze takie obiekty już zresztą zostały uruchomione (patrz: ramka).

Oseberg H to pierwsza na świecie w pełni zautomatyzowana platforma wydobywcza uruchomiona w 2018 roku na Morzu Północnym przez norweską firmę energetyczną Equinor (dawniej Statoil). Ponieważ jest to obiekt bezzałogowy i wymagane są tylko jedna lub dwie wizyty konserwacyjne rocznie, nie przewidziano w nim pomieszczeń mieszkalnych ani nawet toalety. Dzięki temu czas budowy znacząco się skrócił (platforma została zbudowana w ciągu zaledwie kilku lat) oraz zmniejszyła się waga (część nawodna platformy waży "tylko" 1000 ton). Ostatecznie mniejszy, niż początkowo zakładano (o 20%), był również koszt budowy, który wyniósł 606 mln funtów. Bezpieczeństwo obiektu jest zagwarantowane przez personel zdalnie go obsługujący, nadzorujący oraz interweniujący w razie problemów.

Farmy wiatrowe – zdalny monitoring i...

Właściwa konserwacja ma kluczowe znaczenie dla wydłużenia czasu i zmniejszenia kosztów eksploatacji farm wiatrowych. Regularne przeglądy i naprawy zapobiegają też przestojom, co poprawia wydajność produkcji energii elektrycznej. Ze względu na specyfikę tych obiektów nie jest to jednak łatwe zadanie – wymagana jest praca na wysokości, w często niesprzyjających warunkach pogodowych. W przypadku farm morskich środowisko pracy jest jeszcze uciążliwsze, a ponadto najpierw trzeba dotrzeć na miejsce, zwykle w odległej od brzegu lokalizacji. Dlatego, żeby efektywniej planować konserwację, w obiektach tych wdraża się predykcyjne utrzymanie ruchu i zdalny monitoring, a żeby ograniczyć konieczność osobistej ingerencji personelu, rozważa się wykorzystanie pojazdów bezzałogowych, powietrznych i podwodnych.

W predykcyjnym utrzymaniu ruchu wykorzystuje się systemy monitorujące stan obiektu na podstawie czujników w nim zainstalowanych. Pozwala to na wykrycie zmian wskazujących na rozwijającą się usterkę. Mierzy się m.in. wibracje. Wykorzystuje się w tym przypadku to, że większość uszkodzeń maszyn wirujących, jak i niewyważenie czy niewspółosiowość ich elementów powodują nadmierne drgania o charakterystycznym widmie. Analizując jego składowe, przeważnie przez porównanie z danymi historycznymi, można przewidzieć problem, zanim się jeszcze nasili. Wibracje monitoruje się w przypadku komponentów układu napędowego: łożyska głównego, przekładni (łożyska, wału, kół zębatych) oraz łożyska generatora, wieży elektrowni oraz łopatek turbiny. Ostatnie sprawdza się w ten sposób pod kątem pogorszenia się integralności strukturalnej z różnych przyczyn, jak: uderzenie pioruna, oblodzenie, niewyważenie wirnika, ich nieprawidłowe ustawienie czy słaba jakość materiału, z którego je wykonano. Poza tym pękanie i rozwarstwianie materiału łopatek wykrywane jest przez czujniki piezoelektryczne, a odkształcenia przez tensometry. Ponadto monitorowany jest stan oleju smarnego w przekładniach turbin wiatrowych. Pozwala to ocenić jego jakość, skuteczność układu filtrującego i wykryć usterki przekładni. Fundamenty i wieże elektrowni są zaś monitorowane pod kątem: zmęczenia materiału konstrukcji, zniszczeń w strefie rozbryzgu, podmycia fundamentów, ciągłości spoin, korozji.

…drony

Bezzałogowe statki powietrzne i podwodne są już wykorzystywane w bezzałogowej inspekcji wizualnej, przede wszystkim łopatek turbiny i fundamentów elektrowni wiatrowych. Są one przeważnie zdalnie sterowane, chociaż stopniowo upowszechniają się pojazdy autonomiczne. Rozwija się też koncepcję rojów, w której wiele, na przykład dronów, dane zadanie wykonuje kolektywnie, szybciej oraz na większą skalę. O ile inspekcja wizualna i badania nieniszczące z wykorzystaniem ROV, AUV i dronów są już wykonywane, o tyle w powijakach jest jeszcze ich wykorzystanie w konserwacji i naprawach. Wynika to z ich ograniczeń. Drony, ze względu na mały udźwig, nie mogą przenosić ciężkiego sprzętu, a poza zasięgiem pojazdów podwodnych, które wprawdzie są w stanie naprawiać kable i konstrukcje podmorskie, pozostają turbiny. W związku z tym rozważa się wspólne działanie tych pojazdów, ale jak na razie jest to jedynie koncepcja.

Monika Jaworowska