Примеры использования роботов в энергетике
Эта статья посвящена использованию роботов в сфере энергетики. Мы рассмотрим несколько современных решений, позволяющих не только облегчить человеку труд и высвободить его время, но и служащих экономии затрат на обслуживание объектов промышленной энергетики. На сегодняшний день можно уже уверенно говорить о том, что такие задачи как: диагностика линий электропередач, их очистка ото льда, инспекция ветряных турбин, уход за солнечными панелями, диагностика и обслуживание атомных реакторов, - в ближайшем будущем смогут решать именно мобильные полностью автономные роботы, или роботы с дистанционным управлением. Применение роботов особенно целесообразно там, где жизнь человека может оказаться подверженной риску. Например для диагностики вышедших из строя атомных реакторов или для профилактики высоковольтных ЛЭП, расположенных на высоте в десятки метров над землей, лучше всего подойдут именно роботы, грамотно сконструированные и должным образом настроенные.
Роботы для диагностики и обслуживания высоковольтных ЛЭП
Японская фирма HiBot, по просьбе энергетической компании Kansai Electric Power Company (KEPCO), разработала, и в 2011 году запустила в эксплуатацию, робота Expliner, предназначенного для диагностики и обслуживания высоковольтных ЛЭП. Робот просто подвешивается к проводам линии, а оператору остается с экрана компьютера удаленно осуществлять визуальный контроль. Движение робота вдоль линии похоже на движение поезда по рельсам, с той лишь разницей, что робот движется снизу, под проводами. Медленно передвигаясь вдоль линии, робот Expliner использует лазерные датчики для выявления мест коррозии на проводах. По каналу GPS робот принимает данные о своем местоположении, и передает их оператору, а восемь видеокамер высокого разрешения, расположенных на борту робота, позволяют оператору полностью рассмотреть механические повреждения, будь то оплавленный провод или трещина на нем. Так, после прохода роботом вдоль всей линии, ремонтники уже будут знать точно, где и какая неисправность имеет место, что необходимо исправить, что и как отремонтировать. Доступна диагностика одновременно четырех параллельно идущих проводов. Такие препятствия, как зажимы и прокладки робот преодолевает самостоятельно, обходя их, маневрируя, благодаря подвижному центру тяжести. Робот просто переносит колеса через препятствие и движется дальше. Если препятствии более сложное, то робота переносят вручную. Применение робота дает возможность службам своевременно выявлять повреждения линий, такие как ржавчина, внутренняя коррозия (измененный диаметр провода) или механическое повреждение. Это сильно экономит время и расходы на обследование линий традиционным путем, когда бригада экипированных рабочих должна своими силами обойти всю линию электропередач.
Канадцы шагнули дальше. Разработчики из института Hydro-Québec еще в 1998 году задумались о создании более сложного робота для диагностики и обслуживания высоковольтных линий электропередач. И вот, спустя 11 лет, робот LineScout был успешно представлен на презентации, и даже удостоился в 2009 году премии от Электротехнического института Эдисона. Идея пришла разработчикам не с пустого места. В конце 90-х в северных штатах прошел такой мощный снежный шторм, что провода одной из значимых линий электропередач были просто оборваны под грузом намерзшего на них льда.
Результатом десятилетней работы инженеров стал робот, который способен не просто катиться по проводам, но также умеющий манипулировать с различным оборудованием. Робот, конечно, оснащен камерами и GPS, но плюс к этому он может счищать снег с проводов, раскручивать и закручивать болты и гайки, снимать с проводов инородные предметы. Благодаря наличию тепловизоров, робот способен оценивать температуру проводов.
Оператор просто управляет роботом с компьютера при помощи специального джойстика. Робот LineScout показал себя достаточно эффективным во время многократных испытаниях в 2010 году на линиях с током до 2 кА, под напряжением 735 кВ.
Робот для очистки солнечных панелей
Для возведения солнечных электростанций лучше всего подходят залитые солнечным светом пустыни. Но как решить проблему песка, ведь солнечные панели, засыпанные песком после песчаных бурь оказываются на 60% менее эффективными. Если бы панели мыли водой вручную, то это потребовало бы огромных трудовых затрат, причем довольно частых, к тому же температура воздуха в пустыне достигает 50°C. На помощь снова приходит роботизированная техника.
Для решения проблемы, в Саудовской Аравии был создан робот NOMADD (NO-water Mechanical Automated Dusting Device - «Механическое автоматизированное устройство по удалению пыли без использования воды»). Несколько таких роботов достаточно установить по одному на каждый ряд солнечных панелей, и они раз в день будут очищать фоточувствительное покрытие без всякой воды, просто при помощи специальных щеток. Так солнечные панели всегда будут оставаться чистыми, и энергоэффективность солнечных электростанций возрастет. Представить только, робот NOMADD в одиночку может расчистить от 182 до 274 метров панелей — это огромный объем работ, неподъемный по меркам ручного обслуживания. Роботы работают параллельно на каждом ряде панелей, и быстро и оперативно проводят регулярную очистку. Окупаемость системы роботов составляет три года, и самим роботам не требуется частое обслуживание. Разработчики отмечают: «Эта система спроектирована, разработана и испытана в Саудовской Аравии в самых суровых условиях пустыни. Для таких условий невозможно быть должным образом подготовленным без того, чтобы испытать их на себе на протяжении всего процесса разработки. Вот в чем заключается наше преимущество».
Робот для инспекции ветряков
Энергия ветра в качестве экологически чистого источника электроэнергии является сегодня одним из очень быстро развивающихся направлений альтернативной энергетики. Изобретатели разрабатывают новые проекты для ветряных генераторов, но одно остается неизменным — промышленные ветрогенераторы - это очень большие по размеру и, как правило, всегда очень высокие сооружения.
Поскольку число установленных ветряных турбин по всему миру растет, совсем не удивительно, что часть из них уже успела обрести дефекты за время своей работы. Решить задачу своевременной диагностики лопастей турбин опять же призваны роботы, которые смогут бесстрашно взбираться на острые лезвия, вращающиеся на большой высоте. Один из таких роботов — разработанный немецким институтом Фраунгофера, робот RIWEA, способный работать даже на вращающейся турбине.
Робот перемещается по канату, взбираясь все выше и выше, будь то наземная или береговая турбина. Проверка на наличие дефектов осуществляется посредством инфракрасного излучателя и тепловизора высокого разрешения. Оператор просто получает изображение и анализирует его. Для диагностики прочных металлических элементов, робот RIWEA оснащен интегрированными ультразвуковым излучателем и детектором, обладающими высоким потенциалом в плане точности. На сегодняшний день, в частности — в США, около 60% ветряных турбин, находящихся в эксплуатации, требуют ремонта. Именно благодаря таким решениям как робот RIWEA, становится возможной диагностика без преждевременного вывода турбины из эксплуатации, поскольку робот легко взберется даже на вращающиеся лопасти. Оперативная диагностика выявит турбины, нуждающиеся в срочном капитальном ремонте, и их можно будет отключить для проведения ремонта. А те турбины, что пребывают в приемлемом состоянии - останутся работать, и потребитель не испытает неудобств.