Drohneninspektion in der Versorgungsbranche: drei Use Cases

Die Versorgungsinfrastruktur in Deutschland und Europa befindet sich seit vielen Jahren im Wandel. So gewinnen beispielsweise erneuerbare Energien für die Stromversorgung immer mehr an Bedeutung. Dies stellt Unternehmen in dieser Branche vor eine gewaltige Herausforderung: Nicht nur müssen sie die bunte Vielfalt an Energieressourcen überwachen und managen, sondern sie müssen auch sicherstellen, dass trotz der unterschiedlichen Quellen stets ausreichend Energie zur Verfügung steht. Genaues Monitoring ist zentral, ist aber ein wahrer Kostentreiber, wenn Fachkräfte regelmäßig zu entlegenen Anlagen entsendet werden müssen. Immer mehr setzt sich daher die automatisierte Inspektion mithilfe unbemannter Luftfahrzeuge (UAV) für die Remote Maintenance durch. Eine bekannte Form des UAV ist die Drohne.

Drohnen bieten eine schnelle und präzise Möglichkeit, Daten über Anlagen zu sammeln und diese im Auge zu behalten. Insbesondere für Unternehmen in der Versorgungsbranche, die Anlagen in schwer zugänglichen Gebieten oder unterirdisch betreiben, sind Drohneninspektionen mittlerweile kaum mehr wegzudenken.

In diesem Artikel werden anhand von drei wichtigen Einsatzmöglichkeiten zeigen, was Drohnen in diesem Feld leisten können. Also lasst uns anfangen!

Was können Drohnen in der Versorgungsindustrie leisten? 

Im Wesentlichen bieten Drohnen Versorgungsunternehmen eine wertvolle Vogelperspektive auf ihre Anlagen. Sie können Daten in Bereichen sammeln, die für Kontrolleure gefährlich oder sogar unzugänglich sind. Zum Beispiel können Drohnen problemlos Stromtrassen, Abwassersysteme und Wasserleitungen inspizieren.

Drohnen können je nach Aufgabe mit verschiedenen Sensoren ausgestattet werden. Hier ein kurzer Überblick:

• Optische Sensoren schießen hochauflösende Fotos und zeichnen Videos auf, genau wie eine normale Kamera. Sie bieten Versorgungsunternehmen ein vollständiges Bild ihrer Infrastruktur und zeigen, wo sich jede Anlage befindet. Darüber hinaus können in den Aufzeichnungen schwer zu erkennende strukturelle Probleme wie Rost und Risse markiert werden. So kann das Unternehmen proaktiv Reparaturen planen.
• Lidar-Sensoren messen die Entfernung zu einem Objekt mithilfe eines gepulsten Lasers. Sie werden auch verwendet, um detaillierte 3D-Modelle von Gegenständen wie Stromleitungen und Masten zu erstellen. Damit hat man den Zustand der Anlagen stets im Blick und kann Problemsituationen, z. B., wenn Leitungen zu weit herabhängen oder von Pflanzen überwuchert werden, schnell begegnen. Lidar-Sensoren helfen auch bei der Kartierung des umliegenden Geländes. Das ist für die Planung und Risikobewertung praktisch. 
• Temperatursensoren nutzen die Infrarot-Technologie, um Temperaturunterschiede auf verschiedenen Oberflächen zu identifizieren. Sie wandeln Wärme in sichtbare Bilder um, sogenannte Thermogramme. Damit erkennen Unternehmen in der Versorgungsindustrie überhitzte Ausrüstung schnell. Und das ist nicht alles - Wärmebildkameras können auch Lecks in heißen Wasser- oder Dampfrohren erkennen. 
• Multispektral-Sensoren nehmen mehr als nur die für Menschen sichtbaren roten, grünen und blauen Farbspektren auf. Dies ermöglicht es Versorgungsunternehmen, die Gesundheit der Vegetation in der Nähe von Stromleitungen im Auge zu behalten. Die Sensoren zeichnen auf, wie verschiedene Pflanzen Licht unterschiedlicher Wellenlängen reflektieren und identifizieren wuchernde oder erkrankte Vegetation, die für Stromtrassen gefährlich werden könnte. 

• Bodenradar (GPR) sendet Radiowellen in den Boden und misst ihre Stärke anhand der Dauer, bis sie wieder zum Sensor zurückkehren. Änderungen in den Rücksignalen weisen auf unterirdische Versorgungsleitungen oder -strukturen hin. Wasserversorgungsunternehmen verwenden oft GPR, um unterirdische Rohre oder Lecks zu lokalisieren. Er kann die unterirdische Infrastruktur kartieren und dadurch Unfälle während der Wartung vermeiden. Darüber hinaus kann der Bodenradar auch Bereiche mit Bodensättigung erkennen, die Hinweis auf ein Leck oder eine Verstopfung sein können.

Sobald die Drohnen ihre Arbeit erledigt haben, senden sie die von ihnen gesammelten Daten an die entsprechende Verarbeitungssoftware. Diese Software kann viele Bilder zu einer detaillierten 2D-Karte zusammenfügen und mögliche Problemzonen lokalisieren. Sie kann auch hochpräzise 3D-Modelle der Umgebung generieren, was für eine Planung oder Simulation hilfreich ist.

Drohneninspektionen nehmen in der Wirtschaft derzeit wirklich an Fahrt auf. Laut dem Verband Unbemannte Luftfahrt hat sich die Zahl der kommerziell genutzten Drohnen von 2019 bis 2021 mehr als verdoppelt. Inspektion und Vermessung zählen dabei zu den häufigsten Einsatzgebieten.

Wie Drohnen für die Inspektion und Kartierung wichtiger Versorgungsinfrastrukturen eingesetzt werden können, zeigen die nun folgenden Anwendungsfälle. Diese Use Cases haben wir mit Beispielen aus der Praxis untermauert.

Use Case 1: Inspektion einer Hochspannungsleitung

Herkömmliche Methoden zur Inspektion von Hochspannungsleitungen können zeitaufwendig und riskant sein. Industriekletterer können nur wenige Strommasten pro Tag überprüfen, da sie zu ihrer eigenen Sicherheit langsam und sorgfältig vorgehen müssen. Trotz aller Vorkehrungen setzen sich diese Menschen einer großen Gefahr aus. Sie riskieren, aus großer Höhe zu stürzen oder einen tödlichen Stromschlag zu erleiden. Unwegsames Gelände kann die manuelle Inspektion erschweren und in abgelegenen Gebieten sind sie fast ein Ding der Unmöglichkeit.

Eine häufige Lösung für die Remote Maintenance ist der Einsatz von Hubschraubern, die Kontrollflüge durchführen. Diese Art von Inspektion ist schneller, sicherer und einfacher als die manuelle Inspektion durch Kletterer. Allerdings sind solche Kontrollflüge wesentlich teurer, da nicht nur ein Hubschrauber benötigt wird - ein speziell ausgebildeter Pilot muss ihn steuern.

Drohneninspektionen erweisen sich nicht nur als effizienter, sie sind auch viel leiser. Damit eignen sie sich auch für die Fernwartung in Wohngebieten. Drohnen sind achtmal schneller als Hubschrauber, was bedeutet, dass sie längere Strecken entlang der Stromtrassen schneller abfliegen können. Solche Geschwindigkeiten ermöglichen regelmäßige Überprüfungen in kürzeren Intervallen. Aufkommende Probleme werden rechtzeitig erkannt und können schneller behoben werden. Und die Kosten? Im Vergleich zu einem Hubschrauber-Kontrollflug liegen die Kosten für den Einsatz einer Utility-Drohne etwa bei der Hälfte. Das ist eine ziemlich signifikante Kosteneinsparung.

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Praxisbeispiel

Elektrilevi ist der größte Energieversorger Estlands. Das Unternehmen ist für 93 Prozent der Stromleitungen des Landes verantwortlich. Sie haben ihre Anlagen früher mit Industriekletterern und Fahrzeugen verwaltet. Das war jedoch nicht sehr effizient, da der Großteil ihres Netzwerks in ländlichen Gebieten liegt, die von Fahrzeugen nicht erreicht werden können. Die Inspektionen zu Fuß waren langsam und mühsam - eine komplette Runde von Inspektionen und Wartungen dauerte bis zu sieben Jahre. Das Unternehmen beschloss, effizientere Alternativen zu suchen.

Elektrilevi begann Drohnen einzusetzen, die mit ML-Technologie ausgestattet waren. Dies reduzierte die Dauer des Inspektionszyklus auf nur ein Drittel der Zeit - etwa zwei Jahre pro Zyklus. Und es gab einen weiteren Vorteil: Im Vergleich zur herkömmlichen Methode stieg die Fehlererkennung. Pro Kilometer fanden Drohnen elf zusätzliche Fehler.

Die Vorteile auf einen Blick 

• Schnellere Datensammlung als im herkömmlichen Verfahren, selbst unter Einsatz von Hubschraubern
• 50 Prozent Kosteneinsparung im Vergleich zu Kontrollflügen mit Hubschraubern
• Höhere Sicherheit für das Personal, da die Drohnen auch gefährlichere Arbeiten übernehmen können

Use Case 2: Kartierung von Wasserrohren

Für eine zuverlässige Versorgung müssen Unternehmen in der Versorgungsbranche die Infrastruktur, die sie bereitstellen,do regelmäßig warten. Aber es ist nicht so einfach, eine solche Karte auf dem neuesten Stand zu halten, vor allem wenn unterirdische Leitungen betroffen sind. Darüber hinaus kann sich der Verlauf von Abwasserrohren oder Regenwasserabläufen auf Privatgrundstücken durch Umbauarbeiten verändern. Inspektionen sind in diesem Fall nicht nur zeitaufwendig, sondern auch ein logistisches Hindernis, da Besuche vor Ort mit Hausbesitzern geplant werden müssen.

Die Kartierung mithilfe von Drohnen ist ein wahrer Gamechanger. Persönliche Termine vor Ort werden dadurch unnötig. Drohnen können große Flächen abdecken und Daten viel schneller als herkömmliche Methoden erfassen. Dies ermöglicht es Unternehmen in der Versorgungsbranche, einen Überblick über die Position ihrer Anlagen und den Verlauf ihrer Leitungen zu erhalten. Langwierige Vor-Ort-Inspektionen können vermieden werden.

Wir nehmen nun Drohnen für Wasserversorgungsunternehmen genauer unter die Lupe. In diesem Fall fliegen Drohnen zunächst um das Grundstück herum und sammeln Daten. Mit einer speziellen Software kann aus den Daten eine hochauflösende Karte generiert werden und Wasserleitungen identifiziert werden. Danach werden GIS-Daten importiert und mit den aktuellen Luftbilddaten verglichen. So kann die Drohne schnell erkennen, ob Leitungen fehlen oder falsch platziert sind. Das Unternehmen kann dann die Datenbank aktualisieren und im Anschluss immer noch entscheiden, ob ein Vor-Ort-Termin notwendig ist, oder nicht.

Praxisbeispiel

Western Water, ein australisches Versorgungsunternehmen, hatte ein ziemlich typisches Problem an der Backe. Sie mussten ihr Wasserleitungsnetzwerk auf den neuesten Stand bringen, wollten aber gleichzeitig langwierige Inspektionen vor Ort vermeiden. Also entschied es sich dafür, es mit Drohneninspektion zu versuchen.

Während des Testlaufs setzte Western Water eine Drohne ein, die ein Gebiet von etwa 8,5 Hektar Fläche scannte. Das entsprach ca. 60 Wohnblocks. Das Unternehmen suchte nach Objekten wie Hydranten sowie Abwasserrohren und Regenwasserkanälen. Mithilfe der Drohne identifizierten Mitarbeiter insgesamt 120 Bodenobjekte. Interessanterweise waren 31 davon völlig neu in der Datenbank. Darüber hinaus entdeckte die Drohne sogar 52 nicht wasserbezogene Objekte wie unterirdische Leitungen für Strom und Telefon. Durch diese Informationen können Wartungsarbeiten sicherer gestaltet und das Risiko minimiert werden. 

Western Water reduzierte mit der Drohneninspektion den Aufwand von mehreren Tagen auf wenige Stunden. Das birgt enormes Kosteneinsparpotenzial, da weniger Kontrolleure vor Ort sein müssen und Schäden schneller entdeckt und behoben werden können. Außerdem haben die Drohnen neue Objekte entdeckt, die in die Datenbank des Versorgungsunternehmens aufgenommen wurden. Genauere Daten ermöglichen eine intelligentere Planung und letztendlich einen zuverlässigen Service für Verbraucher.

Vorteile auf einen Blick

• Schnellere Inspektion der unterirdischen Wasserleitungen
• Leichtere Kartierung neu installierter Anlagen oder Rohre
• Mitarbeiter können sich darauf konzentrieren, Lösungen für Probleme zu finden, anstatt Zeit mit der manuellen Kartierung zu verschwenden

Lesen Sie, wie Unternehmen in der Versorgungswirtschaft dank AR schneller Wartungsarbeiten durchführen können.

Use Case 3: Inspektion der Kanalisation

Die Inspektion der Abwasserinfrastruktur hat ihre eigenen Hürden. Viele Kanalisationen sind so alt, dass genaue Pläne gar nicht mehr vorliegen. Um die Kanäle zu inspizieren, ohne sie auszugraben, stehen mehrere Möglichkeiten zur Auswahl. Unternehmen in der Versorgungsbranche können entweder Kontrolleure in die Kanalisation schicken, bodengestützte Roboter benutzen oder auch Drohnen einsetzen. In einigen Situationen, wie zum Beispiel bei einem Abwasserüberlauf, einer Überschwemmung oder giftigem Abwasser, sind Drohnen allerdings die beste Wahl, um eine Inspektion durchzuführen.

Im Fall eines Notfalls ist es für Unternehmen in der Abwasserentsorgung wichtig, schnell das Ausmaß der Situation zu erkennen. Das Problem bei der herkömmlichen Methode: Kontrolleure, die eine manuelle Inspektion vornehmen, müssen erst entsandt werden oder können aufgrund der aktuellen Lage gar nicht in die Kanalisation gelangen. Selbst Roboter können in bestimmten Fällen nur sehr schwer an ihren Zielort fahren, weil beispielsweise das Abwasser zu hoch ist oder zu schnell fließt. In diesen Fällen können Drohnen helfen: Sie können in die unterirdischen Kanäle geschickt werden und wichtige Informationen sammeln. Dadurch kann der Betreiber schnell einen effektiven Aktionsplan entwickeln und umsetzen.

Praxisbeispiel

Aigües de Barcelona ist das Unternehmen, das für die Abwasserentsorgung in Barcelona, Spanien zuständig ist. Mithilfe ihrer Drohnen identifizieren und beheben sie Umweltschäden.

Durch einen schweren Sturm wurde ein wichtiger Abwasserkanal beschädigt. Dieses Rohr war kritisch für die Abwasserentsorgung aus fünf Gemeinden zur Kläranlage. Der Schaden war ein Leck, aus dem pro Sekunde 500 Kubikmeter unbehandeltes Abwasser ins Meer floss.

Das Unternehmen wollte unverzüglich eine Umleitung einrichten. Allerdings kannte es weder die genaue Lage noch das Ausmaß des Lecks. Ein Teil des geplatzten Rohrs war sichtbar, aber was ist, wenn es im Verborgenen noch weitere Schäden gab? Ohne genaue Informationen könnte die neue Umleitung zu lang oder zu kurz ausfallen und so noch weitere Probleme verursachen.

Die Entsendung von Kontrolleuren oder Robotern zur Beurteilung der Situation kam nicht infrage. Das Wasser war hoch und so schnell, dass es jeden und alles fortgerissen hätte. Also entschied sich das Unternehmen, eine Drohne in das Rohr zu schicken.

Die Aufnahmen aus der Drohneninspektion zeigten genau, wie schlimm der Schaden war. Das Team fand sogar einen weiteren beschädigten Abschnitt, begraben unter Sand. Diese wichtigen Informationen ermöglichten es dem Unternehmen, die Umleitung richtig zu platzieren, den unkontrollierten Abfluss des Abwassers ins Meer zu stoppen und weitere Lecks weiter flussabwärts zu vermeiden.

In diesem Fall war die Drohne die einzig mögliche Lösung, weil sie schnell die erforderlichen Informationen senden konnte, ohne dass Menschenleben gefährdet wurden. Aber wie wir sehen, sind Drohnen nicht nur in Notfällen nützlich. Das Unternehmen konnte die Drohne als Alternative zu Inspektionen mit Kontrolleuren einsetzen. Laut dem Inspektionsteam konnten sie die Drohneninspektion in der Hälfte der Zeit abschließen und 40 Prozent der Kosten für jeden inspizierten Meter einsparen. 

Vorteile auf einen Blick

• Schnellere Reaktion auf Notfallsituationen 
• Inspektion der Abwasserinfrastruktur, ohne Menschenleben zu gefährden
• Höhere Effizienz, da Drohnen schneller und kostengünstiger sind als Kontrolleure

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Fazit

Unternehmen in der Versorgungsbranche müssen ihre Anlagen und bereitgestellte Infrastruktur stets im Auge behalten. Dank Drohneninspektionen ist dies längst keine Herkulesaufgabe mehr. Drohnen sind schneller und genauer als herkömmliche Inspektionen. Weniger Personal im Außendienst, weniger Entsendungen und geringe Serviceunterbrechungen tragen dazu bei, dass sie auch kosteneffektiv sind. Außerdem meistern Drohnen knifflige Aufgaben und inspizieren Anlagen in Gebieten, die für Menschen zu gefährlich oder schwierig zu erreichen sind.

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