Der unbemannte DLR-Hubschrauber superARTIS nähert sich der Windenergieanlage
Der Flugversuch mit dem unbemannten DLR-Hubschrauber superARTIS war ein wichtiger Meilenstein für das Projekt „Upcoming Drones Windfarm“. In dem Projekt, dass das DLR-Institut für Flugsystemtechnik gemeinsam mit dem Energieunternehmen EnBW durchführt, geht es um die Frage, ob Drohnen für Offshore-Windparks Transportaufgaben übernehmen und Wartungspersonal entlasten können.
Windkraftanlagen zählen zu den wichtigsten Technologien für eine nachhaltige Energieversorgung. Bei Anlagen auf hoher See legen Wartungsteams und Material weite Wege bis zum Einsatzort zurück. Der Zeit- und Kostenaufwand ist dabei vergleichsweise hoch. Könnten Drohnen künftig Schiffe, Hubschrauber und Kräne sicher und effektiv ersetzen und Wartungspersonal entlasten? Darum geht es im Projekt „Upcoming Drones Windfarm“ (UDW), das das DLR-Institut für Flugsystemtechnik gemeinsam mit dem Energieversorger EnBW durchführt.
Das Forschungsprojekt
Das Fliegen von Drohnen zur Durchführung von Inspektionen ist bereits heute gängige Praxis in Windparks im Onshore- und Offshore-Bereich. Der Einsatz von Drohnen zum Transport von Material erfordert jedoch ganz neue Technologie, operationelle Integration und Automatisierungsgrad. Das Projekt UDW stellt eine Konzeptstudie dar, die sich dem Integrationsproblem auf mehreren Ebenen nähert. Zu den technologischen Betrachtungen gehören die Entwicklung einer Cargo-Box, die von der Drohne transportiert werden kann, die Konzeptionierung eines Vertiport-Designs und der Aufbau eines Kommunikationsprinzips zwischen Drohne und Windpark. Letzteres ist ein entscheidender Faktor, einerseits für die sichere Flugdurchführung, für die die Windparkdaten nötig sind, andererseits auch für kommende Automatisierung, beispielsweise um die Drohne an der Turbine anzumelden.
Vom Konzept zur Praxis
Mit Hilfe des UAS-Demonstrators (Unmanned Aircraft System) superARTIS werden einzelne Aspekte des Konzepts in einem realen Flugversuch erprobt. Dieser wird als ein erster Schritt, in einem Onshore-Windpark der EnBW durchgeführt. Neben dem implementierten Kommunikationsprinzip werden auch betriebliche Abläufe des Drohnenfluges in einem Windpark im Experiment dargestellt.
Das DLR-Institut für Luftverkehr begleitet die Konzeptstudien mit Wirtschaftlichkeitsrechnungen, die sowohl die Kosten des UAS, als auch die Gesamtbetriebskosten des Windparks in diesen neuen Szenarien analysieren.
Die Offshore Drone Challenge
Das Forschungsprojekt wird keine Drohne zur Befliegung von Windparks in der Zukunft entwickeln. Stattdessen wurden Hersteller aufgerufen in der Offshore Drone Challenge ihre heutigen Fähigkeiten zur Erfüllung einer exemplarischen Mission zu präsentieren. Die Challenge hat im Juni 2024 am Nationalen Erprobungszentrum für Unbemannte Luftfahrtsysteme des DLR in Cochstedt stattgefunden. Drei Hersteller haben ganz unterschiedliche Drohnenkonfigurationen in der vorgegebenen Mission geflogen und den Parcours gemeistert. Eine Jury, bestehend aus sechs unterschiedlichen Experten, hat jeweils einzelne Kriterien der Flugaufgabe bewertet – von der Präzision der Manöver bis zum Gewicht der transportierten Last oder der Automatisierung in der Handhabung.
Das DLR hat den Rahmen geschaffen, um die Drohnen am Erprobungszentrum betreiben zu können. Hierfür wurde zum ersten Mal in Deutschland eine Geozone zur Ermöglichung des Drohnenbetriebes eingerichtet. Während der Challenge wurden die Flugaufgaben vermessen und live für Publikum und Jury dargestellt.
Geozone am Nationalen Erprobungszentrum für Unbemannte Luftfahrtsysteme in Cochstedt
Am Nationalen Erprobungszentrum für Unbemannte Luftfahrtsysteme des DLR am Flughafen Cochstedt wurde im Juni 2024 erstmalig eine Geozone für den Betrieb von Drohnen in der „erweiterten offenen Kategorie“ eingerichtet, die ihren Betrieb ohne spezielle Genehmigung innerhalb bestimmter Grenzen erlaubt. Dafür hat das DLR-Institut für Flugsystemtechnik gemeinsam mit dem Luftfahrtbundesamt (LBA) die notwendigen Randbedingungen ausgearbeitet und diese Geozone beim Bundesministerium für Digitalisierung und Verkehr (BMDV) beantragt.
Drohnenbetreiber als Nutzer der Geozone müssen sich an diese Vorgaben halten, um auch für den Experimentalbetrieb höchste Sicherheitsanforderungen zu gewährleisten. Einen Teil der Sicherheitsanforderungen, wie beispielsweise die Luftraumüberwachung, stellten die etablierten Verfahren des Nationalen Erprobungszentrums bereits sicher. Weitere Maßnahmen, wie der technische Betrieb der Drohnen durch qualifiziertes Personal und die Einhaltung von strengen Randbedingungen für die Flugmissionen, musste der Drohnenbetreiber während des Flugs selbst gewährleisten.
superARTIS im EnBW-Windpark Schwienau II (Niedersachsen)
Das DLR untersucht gemeinsam mit dem Energieunternehmen EnBW, ob die Logistik zu Windkraftanlagen auf hoher See mit dem Einsatz von Drohnen vereinfacht werden kann. Für Flugversuche haben Forschende aus dem DLR-Institut für Flugsystemtechnik den unbemannten DLR-Hubschrauber superARTIS eingesetzt. Die Flugversuche fanden im Rahmen des Projekts "Upcoming Drones Windfarm" statt.
