機器人——未來海上風電運維的“主力軍”

隨著全球海上風電的快速發展，對海上風機的運維變得愈發重要。對于海上風機而言，除了承受與陸上風機相同的濕熱、紫外線老化等常見的環境影響外，化學介質尤其是鹽霧腐蝕也是困擾其運維的主要問題。

在海洋環境中對風機進行維護，運維人員往往需要在海平面以上數十米甚至百米高空中進行作業，來完成對機艙、輪轂、葉片等部件的檢查；有時甚至還需潛入海底對風機基礎及海纜進行檢查和維護。使用這種傳統的人工檢修方法，會使得風機停機時間長，發電量損失嚴重；此外運維船只的使用費用也會占到海上風電場運營和維護成本的很大一部分。

針對海上風電的苛刻運維環境，各國都把目光轉向了機器人、無人機，以代替人工開展海上風電機組的維護，有望在降低人員安全和運維風險的同時，通過數據采集和遠程監控實現海上風電數字化和智能化運維。例如，江蘇風洋風電技術工程有限公司研發的風電塔筒維護機器人，可全方位對風機塔筒外壁進行清洗、除銹、涂裝等作業施工；歐洲建立的首個海上風電運維機器人測試中心，可驗證機器人在極端天氣條件下，進行海上風力基礎設施維護評估等解決方案。

近日，專門為維護和檢查海上風機葉片而設計的、一種六足履帶式爬行機器人，已在英國布萊斯國家可再生能源中心進行了試驗，并成功通過了渦輪機行走測試。該機器人名為BladeBUG，利用真空粘合技術，可保持自身穩定性和靈巧性，使步態適應各種葉片曲面。

同時，此次試驗還驗證了“輔助系繩”的作用，它可以延長機器人在海上作業時間，并能快速地在葉片上布置和回收。據稱，BladeBUG及一系列智能機器人替代人工開展海上風電維護，有望成為未來海上風機葉片維護的“生力軍”。

與BladeBUG機器人研發目的一樣，2019年美國桑迪亞國家實驗室的研究人員曾測試了一種檢測風電機組葉片損害的爬行機器人。他們表示，這種能夠爬上風電機組塔架，并在葉片上爬行的自助式機器人設備比人工維護更安全、更仔細。同時，這種機器人還可以攜帶檢測工具，如相機、傳感器、人工智能設備等。

在某一研究項目中，桑迪亞國家實驗室為爬行機器人配備了掃描儀，該掃描儀可以搜索風電機組葉片內的潛在損壞。通過研究該機器人對一只損壞葉片進行測試檢查的現場視頻，研究人員發現，這一新的檢測方法可以很快地發現葉片損壞，并最大程度地降低損失或維修成本。

據介紹，在視覺檢查中，往往只能看到表面損傷。但是當看到葉片外側裂縫時，損壞就已非常嚴重了，這就需要馬上進行一些非常昂貴的維修，或者甚至可能需要更換葉片。他們認為，例行檢查對于保持風電機組的可利用率，以及發電量提升都至關重要。據相關統計，在一個典型的風電項目全生命周期內，一個先進的機器人系統預計可為其節省約3300萬美元的運維費用。

目前，BladeBUG機器人已經加入了 MIMRee（一個極端環境下檢查、維護和修理平臺）項目。該項目由歐洲開發商聯合英國海上可再生能源孵化中心推出，以無人船為載體，利用無人機、機器人等多種智能化設備對海上風機葉片表面進行檢查、測試和修理。

據了解，MIMRee項目匯集了機器人技術、無損檢測、人工智能、空間任務規劃、海洋和航空工程以及納米生物技術等領域的專業知識，八個領域的合作伙伴將以各領域的創新研究為基礎，其最終目的是開發一個整體的數字和機器人系統，該系統能夠通信和共享數據，并在復雜的維護任務中協同工作。

據悉，目前MIMRee研究人員正在使用船只到項目現場進行初步掃描，然后利用無人機對葉片進行視覺成像檢查，再將爬行機器人運送到葉片進行維修。這些機器人還可以使用電子皮來“感知”或“感覺”葉片表面的狀態并采集數據。