Mit der Drohne zur Turbine

Von Daniel Hautmann

Im Sommer 2024 steigt die große Flugschau. Dann heben die Fluggeräte von zig Herstellern und Dienstleistern bei der „Offshore Drone Challenge“ ab und demonstrieren ihre Fähigkeiten. „Wir wollen künftig mit 200 Kilogramm Last 100 Kilometer oder weiter aufs Meer hinausfliegen. Das ist etwas, was es bislang noch nicht gibt“, sagt Marcus Ihle, der beim Energieversorger EnBW für die Challenge verantwortlich ist.

Der Wettbewerb ist Teil des vom Bundeswirtschaftsministerium geförderten Forschungsvorhabens „Upcoming Drones Wind Farm“. Davon profitieren sollen sowohl Windparks an Land als auch auf See. Die Frage ist: Könnten Drohnen künftig Schiffe, Hubschrauber und Kräne sicher und effektiv ersetzen und Wartungspersonal entlasten? Ist ihr Einsatz wirtschaftlich sinnvoll? Wie viel CO₂ lässt sich durch Drohnen einsparen? Teil des Projekts sind neben EnBW das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt, der Turbinenhersteller 2BEnergy und das BSH.

Viele Energieunternehmen setzen Drohnen ein. Das Einsatzgebiet ist groß

Drohnen gelten in etlichen Bereichen als Zukunftstechnologie. Meist geht es um Flugtaxen, die in den Megacitys von morgen Menschen befördern, oder um Transportdrohnen, die Medikamente oder Pakete ausliefern. Schon heute heben Drohnen immer häufiger ab, weil sie kostengünstig, kompakt und in großer Vielfalt am Markt erhältlich sind. In der Energiebranche dienen sie mit Wärmebildkameras ausgestattet zur Kontrolle von PV-Modulen in Solarparks, sie detektieren Leckagen im Fernwärmenetz und inspizieren Kamine oder Kühltürme von Kraftwerken. Die Mini-Helikopter werden auch zur Kontrolle von Hochspannungsleitungen genutzt, wo sie die Drähte mit Kameras abfliegen. Hat sich etwa ein Drache in der Leitung verfangen, kommt ein „Feuerspeier“ angeflogen und löst das Problem in Luft auf.

In mehr als 80 Prozent der Fälle werden sie für Inspektionen eingesetzt, heißt es in einem Branchenreport von Statista. Zudem spielen Kartografie- und Vermessungsaufgaben (14 Prozent) eine Rolle. Insgesamt und über alle Branchen hinweg sind laut einer Analyse des Verbands Unbemannte Luftfahrt von 2021 in Deutschland rund 45.200 kommerziell genutzte Drohnen im Einsatz. Bis 2025 könnten es 132.000 sein.

In der Windenergie sind Drohnen etwa bei der automatisierten Rotorblattinspektion im Einsatz. Stand eine Windkraftanlage dafür früher acht Stunden still, weil Kletterer per Seilzugtechnik auf den Turm mussten und sich an den Blättern abseilten, so reichen heute 30 Minuten für die Begutachtung.

Auch die Blitzschutzprüfung bei Windturbinen wird bereits mit Drohnen erledigt. Genauso werden Strömungsphänomene mit Hilfe von Drohnenschwärmen analysiert. Allein bei EnBW sind mittlerweile rund 30 Drohnen im Dienst. „Die Drohnentechnologie wird zunehmend zum Standard, da sie viele Vorteile bietet“, sagt Anja Schuster, die sich im Konzern mit dem Thema beschäftigt.

Der Energiekonzern Ørsted, der die Plattform EnergieWinde finanziert, arbeitet gemeinsam mit Vestas, Siemens Gamesa und Vattenfall im Projekt ADD2wind ebenfalls am Einsatz von Drohnen. Auch hier geht es um Ersatzteilversorgung in Offshore-Windparks. Vestas-Ingenieur Flemming Frost sieht in der Technologie Potenzial: „Wir können beim Service eine größere Flexibilität erreichen, was den Zeitaufwand begrenzt und damit die Kosten senkt.“

Grenzenlos sind die Einsatzmöglichkeiten allerdings nicht. „Drohnen sind ideal für kleine, spezielle Einsätze, etwa wenn es darum geht, nach einem Gewitter eine schwarze Blattspitze zu begutachten. In der Regel machen sie massenhaft Fotos, aber die muss dann jemand auswerten – und dabei passieren Fehler. Die KI kann das leider noch nicht so richtig gut“, sagt der Windkraftpionier Manfred Lührs, Gründer des Windenergie-Ingenieurbüros 8.2.

In der Offshore-Windenergie sind Drohnen bislang eine Seltenheit. Sollten sie sich hier durchsetzen, könnte das der Technologie aber auch in anderen Bereichen zum Durchbruch verhelfen. Die Windkraft auf See wäre ein erster ernsthafter Business Case, heißt es bei EnBW.

Fliegen Techniker künftig per Drohne zum Windrad? Bis dahin ist es noch weit

Bei der Entwicklung von Transportdrohnen können die Erfahrungen aus dem Betrieb der bereits verbreiteten Inspektionsdrohnen allerdings nur bedingt helfen. „Perspektivisch müssen Transportdrohnen Lasten von mehreren Hundert Kilogramm bewältigen und den direkten Transport von Wartungspersonal erlauben. Diese Möglichkeiten sind noch wenig erprobt“, erklärt Sebastian Cain vom DLR-Institut für Flugsystemtechnik in Braunschweig. Auch die Wirtschaftlichkeit der Transportdrohnen steht im Fokus der DLR-Forschenden: „Das Projekt soll eine klare Aussage liefern, unter welchen Bedingungen sich Drohnen in Windparks sinnvoll einsetzen lassen“, sagt Cain.

Die Anforderungen an Flüge durch große Windparks auf See sind hoch: Ein Aspekt ist die Interaktion zwischen Drohne und Windkraftanlage. Welche Schnittstellen sind nötig, wie werden Informationen ausgetauscht, welche regulatorischen Anforderungen müssen berücksichtigt werden?

„Ziel ist es, dass die Drohne selbst den besten Weg berechnet. Für den Durchflug müssen Information vorliegen, welche Flugwege sicher sind, und gegebenenfalls Windräder angehalten werden. Natürlich sollte der Eingriff in die Anlage minimal sein“, sagt Cain. Gefährliche Bereiche, wie Luftverwirbelungen hinter aktiven Windrädern, gilt es zu umfliegen.

Die Flugschau im Sommer 2024 wird zeigen, wie weit die Hersteller auf diesem Weg bereits sind.