未来无人机、攀爬机器人将取代人工检查风力发电机

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每架风力发电机都是平均身高超过90 米的巨人,因此对于渺小如尘埃的人们来说,风力发电机维修与保养都是相当危险的工作,对此美国科学家决定以无人机、攀爬机器人来降低人工检查频率,避免风险的同时,也可通过超越肉眼的技术来提高维修效率。

未来无人机、攀爬机器人将取代人工检查风力发电机

在广阔平地与险峻山脊上悠悠旋转的风力发电机,会不断面对风吹雨打、冰雹袭击,纬度更高的地区更会频繁经历雪水融解又结冻,随着时间流逝,风力发电机将愈来愈不耐疲劳与出现损坏,那么寿命长达20 年以上的风力发电机,要如何撑过这几年?

目前风力发电机维修与保养作业目前主要依靠人工进行,而且不像直升机或是飞机,我们无法将风力发电机叶片拆下来放到地上检查。通常得中止风力发电机运作,运用起重机、吊笼跟绳索爬上巍巍耸立的风力发电机加以检查,或是在风力发电机底部装设高画质相机,由下往上拍摄风力发电机或是叶片的状况,最后再逐一检视每个照片,查找是否有裂缝或是受损。

只不过通常发现这些“伤口”时,状况可能都已经很严重了,维修费难以想像,甚至要直接更换叶片。

在检测与维修效率双双欠缺下,美国桑迪亚国家实验室(SNL)便打算善加利用自动检测技术,运用配有红外摄影机的无人机、超声波扫描的攀爬机器人取代人工技术,以高效率一一检查风力发电机跟叶片上的裂缝、腐蚀与受损。

在该研究中,团队与挪威超音波照相机公司dolphitech 合作,从水坝机器人获得灵感,研发出能在风力发电机爬上爬下、穿过叶片与风力发电机塔的攀爬机器人,不仅配有高画质相机,能拍下即时、高分辨率图像,还可以运用相位阵列超音波,查看风力发电机是否受到内伤,透视风力发电机叶片底下每一层的状况。

未来无人机、攀爬机器人将取代人工检查风力发电机

SNL 团队还有研发出搭载红外线摄影机的无人机,可以通过阳光曝晒产生的热来检查风力发电机。叶片经过阳光曝晒后,热量会均匀扩散到叶片的每个角落,但受损与瑕疵会打乱与破坏热流流动,团队便能藉由红外摄影机找出奇怪的热点,并检测叶片表层下一公分的状况,或是用雷达感测器来拍下超高画质表层相片。

通过上述这两项“超越肉眼”的检测技术,人们可以找出难以发现的伤口。

随着技术更迭,新型风力发电机主要采用碳纤维材料,其具备更优良的力学性能,耐蚀性也相当突出,能在提高刚度、减轻重量情况下,改善叶片的耐疲劳性、风力发电机输出功率,SNL 机械工程师和叶片可靠性专案负责人Joshua Paquette 表示,风力发电机叶片或许是世界上最大的复合结构,但如果没有在出厂前发现瑕疵、趁早召回,这些瑕疵可能会在风力发电机日复一日的疲劳下扩大。

不管是陆上风电还是离岸风电,未来这些绿电都会是我们的能源好伙伴,能帮风力发电机与叶片的机器人将会愈来愈炙手可热,毕竟风力发电机人工检查成本非常高,需要特殊技能与特别培训,料想之后自动检测技术会是重点研究,这是降低成本,提高营运与维护效率、延长风力发电机寿命的关键。

现在已经有一些风力发电机厂商开始运用无人机来拍摄与检测风力发电机健康状态,维斯塔斯就是一例,但创新总是好事,团队也认为“自动检测”是第一步,希望未来能达成“自动维修”,Paquette 指出,未来团队也希望能用机器人来进行维修,只要把机器人放到叶片上,就能自己分析叶片材料,再进行黏贴维修或是补丁。

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作者: thinkou

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