Dans l’énergie offshore, les vents du changement robotique sont

Que nous en soyons conscients ou non, la robotique et les systèmes robotiques commencent à impacter notre quotidien. Des systèmes de prélèvement en entrepôt aux dispositifs médicaux haut de gamme en passant par votre tondeuse à gazon Mowbot. Chacun a tendance à être spécialisé dans sa propre tâche et une tendance similaire commence maintenant à se manifester dans l’espace éolien offshore, où l’on espère que les robots pourront rendre les opérations plus sûres et plus efficaces.

Selon un rapport, The Economic Opportunity for Robotics in Offshore Wind and Key Energy Markets by the Offshore Renewable Energy Catapult (ORE Catapult), publié l’année dernière, les coûts d’exploitation pourraient être réduits jusqu’à 9,5 % d’ici la fin de cette décennie. Cela pourrait augmenter jusqu’à 27,1% une fois que toutes les innovations robotiques sur les livres auront été réalisées. La disponibilité des turbines augmenterait également, mais d’un taux plus modeste de 1,07 % et jusqu’à 1,87 % respectivement.

Pour les parcs éoliens flottants, les économies d’exploitation pourraient être plus importantes, jusqu’à 18,8 % d’ici la fin de 2040, et jusqu’à 25,8 % une fois que toutes les innovations robotiques auront été réalisées, indique le rapport. Pour mettre cela en contexte, les activités d’exploitation et de maintenance contribuent généralement entre 15 % et 35 % du

« L’endurance est l’une des qualités des robots et c’est là que se trouve l’une des victoires », déclare Michael Corsar, directeur technique de la société d’innovation Innvotek basée à Cambridge, qui a travaillé sur un certain nombre de concepts, des robots d’exploration aux systèmes de drones. « Il peut fonctionner en continu, il ne fait pas froid, il n’a pas besoin de pauses thé. »

Amphibie

Certains systèmes – au-delà des offres établies telles que les ROV déployés à partir de navires avec équipage – commencent déjà à faire leurs premiers pas. Amphibian, développé par Innvotek, avec le support ORE Catapult, en est un. Il s’agit d’une chenille attachée conçue pour être utilisée dans des zones d’éclaboussures jusqu’à 60 m sous-marins, mesurant 800 mm sur 600 mm sur 350 mm et 40 kg, avec un système de gestion d’attache automatisé. Exploitant la puissance de la turbine, il utilise des aimants alimentés pour ramper sur la surface des monopiles, à l’intérieur et à l’extérieur, ou sur toute autre surface en acier, y compris les structures courbes ou en forme de dôme.
« Il peut nettoyer le tartre et l’encrassement biologique et transporter une variété de charges utiles d’inspection, y compris l’épaisseur de paroi à l’aide de tests par ultrasons et d’une inspection visuelle approfondie », explique Corsar. « Nous voulons faire ces sections critiques qui ne peuvent pas être atteintes avec un accès par corde, des plongeurs ou des ROV ou des échafaudages, et dans la zone d’éclaboussures. »

L’idée est née d’un « buzz » autour du processus de vieillissement des fondations. «Les fondations de conception de première génération atteignant 10 à 15 ans arrivaient à maturité et se corrodaient peut-être plus rapidement que les gens ne le souhaiteraient ou ne l’attendraient et une solution était nécessaire qui n’avait pas besoin de plongeurs ou de ROV. Il existe un grand nombre de monopieux, 5000 à 6000 en mer du Nord, tous avec des problèmes similaires de corrosion et d’encrassement biologique. Les monopieux ont une profondeur de 30 à 40 m et un diamètre de 8 m ; il y a beaucoup de surface à inspecter, beaucoup de longueur de soudure à inspecter.
Amphibian est actuellement « à moitié automatisé ». Il doit être conduit jusqu’à une soudure, mais une fois là-bas, il peut effectuer une inspection automatique. « La feuille de route de trois ans consiste à faire un monopieux entier sans personne, sauf le déploiement et la récupération », explique Corsar.

Bien que conçu pour l’éolien offshore, Amphibian est déjà utilisé dans d’autres industries, y compris la production d’électricité à terre et il est également en cours de démonstration pour l’inspection de tours éoliennes à terre. Il a également une application dans le transport maritime, pour effectuer des activités UWILD, ainsi que dans le pétrole et le gaz, où la société a travaillé avec Oceaneering sur des risers et des caissons, explique Corsar.

Le robot amphibien d’Innvotek. Photo d’Invotek.

Robot tendeur de boulonsEn utilisant la même plate-forme, Innvotek travaille également sur un autre robot conçu pour effectuer l’inspection et le serrage des boulons. Ce véhicule aura « beaucoup plus de fonctionnalités et beaucoup plus d’intelligence en termes de compréhension de son environnement et de capacité en termes d’outillage. Inspection et nettoyage de routine, interaction physique avec l’actif pour serrer un boulon. Le projet dure environ neuf mois, puis la vision par ordinateur pour identifier les boulons, puis orienter et aligner l’outillage, puis effectuer 99 % du serrage lui-même ; « il aura juste besoin d’une commande go, no-go ».
La plate-forme utilisera une approche distribuée de la localisation, explique Corsar, ce qui signifie qu’elle utilise différentes sources d’informations, telles que la connaissance existante de l’actif, par exemple l’espacement des boulons,

« Dans un développement relativement récent, nous commençons à faire équipe avec une autre société qui étudie les communications BVLOS par satellite où, espérons-le, tout le contrôle du robot pourra être effectué depuis le rivage, dans les 12 prochains mois, en utilisant des communications par satellite à faible latence. »

Innvotek est également à l’origine du projet Firefly Inspect, avec son partenaire Mapair. Le projet implique un drone qui utilise la technologie infrarouge (une lampe chauffante de 1 000 W) et l’IA pour inspecter les structures composites à imperfections cachées (une technologie initialement développée pour inspecter les ailes d’avion). Un système d’essai, doté d’une technologie de caméra de mouvement OptiTrack pour la navigation, a été présenté au centre d’essai Blyth d’ORE Catapult plus tôt cette année.


BladeBUG

Un autre robot, BladeBUG, étudie l’inspection des aubes de turbine et la préparation de surface, dans le cadre des réparations. Le fondateur de l’entreprise, Chris Cieslak, a eu l’idée en 2014, alors qu’il travaillait comme ingénieur de turbine à aubes. En 2017, il décide de se consacrer à plein temps à l’idée, soutenu par ORE Catapult. C’est un robot à six pattes, chaque jambe ayant son propre système de ventouse pour l’aider à se faufiler et à travailler sur les surfaces des lames. Il est attaché et actionné par l’homme via un système de mouvement semi-autonome – l’opérateur utilise un joystick pour indiquer s’il doit avancer, reculer, gauche ou droite, et le robot scanne la surface pour planifier comment déplacer ses pieds.

« Il est conçu pour être emmené au large, il est donc petit, compact et léger (600 mm de large et de long et pesant 20 kg). Il s’agit d’essayer de changer l’état d’esprit du vent. C’est très réactif, actuellement. Ils attendent que les dégâts deviennent suffisamment graves pour envoyer une équipe d’accès par corde. Pendant cette période, la lame devient plus inefficace. [with BladeBUG you can] commencez à voir le problème et traitez-le tôt, évitant potentiellement les cas où vous pourriez avoir un défaut catastrophique.

Un problème courant est l’érosion du bord d’attaque. Cela se produit lorsque la pluie frappe la lame alors qu’elle se déplace jusqu’à 200 mph, ce qui rend son profil lisse rugueux et piqué. Cet effet s’accélère alors, dit Cieslak. Un peu comme traiter un éclat dans un pare-brise de voiture, un traitement précoce peut prévenir une panne catastrophique.
Une grande partie du travail de développement a porté sur la capacité de marche des pales, qui a été prouvée sur la turbine d’essai de 7 MW d’ORE Catapult à Blyth. Il a également développé ses capacités, qui comprennent un système de test du système de protection contre la foudre et une inspection UT, pour voir tous les problèmes que les véhicules aériens sans pilote (UAV/drones) ne peuvent pas détecter.

« Les drones sont fantastiques pour une inspection globale rapide, pour trouver une zone à problèmes, BladeBUG peut alors déterminer leur gravité ou effectuer les réparations », explique Cieslak. « Nous sommes à la prochaine étape de l’inspection de suivi et réparons ou fournissons plus d’informations à un spécialiste de la réparation à terre, ce qui signifie que l’équipe d’accès par corde peut y aller et qu’il n’y aura pas de surprises. »

Le prochain objectif est un module de réparation, pour effectuer le nettoyage et le ponçage des zones avant traitement. Imaginez une ponceuse électrique déplacée sur la surface de la lame à l’aide du corps du BladeBUG, qui a un contrôle équivalent à une machine CNC, explique Cieslak. Un défi est la certification, mais cela viendra, dit-il.

Une vision future est celle d’un système sans fil entièrement autonome contrôlé depuis le rivage, fonctionnant d’une turbine à l’autre ou en tant que robots résidents sur chaque turbine, prenant en charge les futurs systèmes de surveillance en ligne en direct. Cependant, il est encore tôt. La société a prévu un certain nombre d’essais d’adoption précoce.

Essai de Bladebug à ORE Catapult Levenmouth Demonstration Turbine. Avec l’aimable autorisation de BladeBUG

Déploiement à partir d’USV

On s’est beaucoup concentré sur l’utilisation de navires de surface sans équipage (USV). Ceux-ci sont déjà utilisés régulièrement pour les travaux d’étude de site. Un certain nombre tentent de déployer des robots sous-marins à partir d’USV. Fugro l’a déjà fait, pour des opérations d’inspection utilisant ses USV Blue Essence, avec des plans pour des véhicules plus grands. Cependant, il livre des drones ou des robots rampants à lames via des USV que beaucoup considèrent comme offrant une opportunité importante.
L’essaim de drones pour l’inspection sans pilote des éoliennes (Dr-SUIT en abrégé) vise à déployer des drones aériens pour l’inspection des parcs éoliens offshore à partir des USV et est désormais dirigé par Airborne Robotics avec ses partenaires Ocean Infinity, l’Université de Portsmouth et Bentley Telecom. Le groupe a annoncé son intention de faire une démonstration du système en 2022.

MIMRee

Cela fait suite au projet MIMRee (Multi-Platform Inspection Maintenance & Repair in Extreme Environments). La vision du projet de seulement deux ans, qui s’est achevé l’année dernière, était qu’un Halcyon USV de Thales détecte les défauts des pales à l’aide d’un système de caméra embarqué capable de scanner les pales en mouvement, développé par Thales au cours du projet. Il serait alors en mesure de signaler aux pales de s’arrêter et de lancer un drone capable de transporter un « robot à pales » à six pattes sur elles pour effectuer une réparation.

« C’était une approche avant-gardiste très ambitieuse, essayant de voir jusqu’où nous pouvions aller sur cette feuille de route », déclare Hamish Macdonald, ingénieur de projet chez ORE Catapult. « En fin de compte, nous avons réalisé ce que je pensais être des technologies prototypes vraiment impressionnantes que nous pouvions tester dans des environnements représentatifs. »

Cela comprenait l’atterrissage d’un drone sur l’USV, qui comprenait le développement d’un logiciel de planification de mission globale qui communiquait tout au drone ainsi que le système de caméra à turbine mobile – qui venait d’être une idée au début du projet. Un système de déploiement a été développé pour que le drone transporte un robot (un premier prototype de BladeBUG a été utilisé), mais cela devait se contenter des limitations de poids imposées par l’autorité de l’aviation civile du Royaume-Uni (qui a été réduite à 25 kg pendant le projet).

« Nous pouvons voir qu’il existe des opportunités à court terme sur lesquelles se concentrer et être commercialisées plus tôt et d’autres considérations plus liées à la manipulation et à la réparation qui sont un peu plus loin », déclare Macdonald.

Une première victoire consiste à effectuer davantage d’inspections de drones à distance via des USV, dit-il, bien qu’il existe certains obstacles autour de la réglementation, des considérations de l’Agence des garde-côtes maritimes et des licences sur les USV et au-delà des opérations à vue visuelle.

« Je pense que les développeurs de parcs éoliens sont impatients de voir des innovations comme celle-ci, la robotique est un domaine d’innovation qui est là pour rester et quelque chose qu’ils veulent voir suffisamment robuste et commercial pour être une solution », déclare Macdonald. « Voir des projets comme MIMRee est vraiment utile. Je pense qu’il y a des aspects qui pourraient être réalisés à court terme qu’ils aimeraient également explorer.

Le projet MIMRee a vu des essais d’atterrissage d’un drone aérien sur un navire de surface sans équipage Thales (USV). Photo de la catapulte ORE.

Communication

Pour faire fonctionner tout cela, ces multiples robots auront besoin de communications. Un plan futur est que chaque parc éolien ait sa propre plate-forme de communication connectée au rivage, puis au sein du parc éolien, des connexions sans fil locales pour l’écosystème des autres robots opérant dans cet environnement, explique Corsar.

« Le hub de la ferme fournirait plus que de simples communications, il fournirait de l’énergie aux chenilles et les fruits à portée de main dans cet espace sont les UAV », dit-il. «Pour notre plate-forme, il s’agirait probablement d’une liaison satellite basse terre vers le rivage, car il sera plus omniprésent d’utiliser des communications par satellite plutôt que des communications ferme par ferme. Mais il y aura des problèmes de bande passante, c’est donc à nous de développer des systèmes de contrôle qui ne sont pas nécessaires pour transmettre de grandes quantités de données.

Mais il reste encore du chemin à parcourir avant que cette vision ne se concrétise. Amphibian a gagné du terrain dans le secteur pétrolier et gazier, bien qu’il ait été conçu pour l’éolien offshore. « Le pétrole et le gaz sont beaucoup plus matures en matière de gestion de l’intégrité. L’éolien offshore n’est pas aussi mature dans les exigences d’inspection et les techniques d’inspection. C’est une industrie plus jeune qui trouve encore ses marques. De même, ses actifs sont plus jeunes et ne tombent pas en morceaux. Il y a donc un certain nombre de facteurs qui nous retiennent [in offshore wind].”

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