Schnell und sicher kommen Werkzeug, Material und vielleicht sogar Wartungspersonal mit dem Lufttaxi zum Windpark auf See! Möglich machen sollen dies zukünftig die „Offshore Logistics Drones“ – automatisierte Schwerlastdrohnen, die für den effizienten Betrieb und unkomplizierte Wartungseinsätze von Offshore-Windparks entwickelt werden sollen. Offshore-Windparks spielen eine zentrale Rolle in der Erreichung unserer Klimaziele und sind auf eine Lebensdauer von über zwanzig Jahren ausgelegt. Die Herausforderung: Sie liegen oft weit entfernt von der Küste. Um den Betrieb und die Wartung dieser Anlagen zu optimieren, setzen wir auf innovative Technologien. Ein Schlüsselelement hierbei ist die Drohnentechnologie, die uns ermöglicht, Logistikprozesse flexibler und umweltschonender zu gestalten. Mit dem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz geförderten Forschungsprojekt „Upcoming Drones Windfarm“ zielen wir darauf ab, die Betriebs- und Wartungsprozesse von Offshore-Windparks zu optimieren und damit einen Beitrag zur Erreichung unserer Klimaziele zu leisten.
Über das Forschungsprojekt
Die Drohnentechnologie wird weltweit eine immer größere Rolle spielen, gerade in der Logistik. Viele Branchen sehen hohes Potential für den Transport von Personen und Material. Das Forschungsprojekt der EnBW untersucht, ob der Einsatz von Drohnen für die Offshore-Windbranche aussichtsreich ist und insbesondere, welche Voraussetzungen dafür erfüllt sein müssen.
Zukünftig sollen logistische Herausforderungen zunehmend größerer Offshore-Windparks durch automatisierte Transportdrohnen begegnet werden, um die Betriebskosten zu reduzieren.
Starten wir die Zukunft
Technologie und Investitionen rund um die Urban Air Mobility befinden sich in einer steilen Entwicklungskurve – wir nutzen dieses Engagement für unseren Anwendungsfall, indem wir den gedanklichen Schritt hinaus auf Offshore-Windparks direkt anschließen. Wir arbeiten an einem neuen Geschäftsfeld für die Urban Air Mobility, das langfristig planbares Volumen bringt.
Logistik-Drohnen können Betrieb und Wartung von Offshore-Windparks effizienter gestalten und dabei den CO₂ Ausstoß reduzieren.
Damit Drohnen auf einzelnen Windkraftanlagen landen können, sind Landeplattformen vorgesehen.
Die Offshore-Verhältnisse stellen besondere Anforderungen an die Drohnentechnologie.
Bei der Offshore Drone Challenge werden Hersteller ihre Drohnen live vorführen. Eine Jury bewertet die Flüge.
Ein Blick in die Zukunft: So könnten Werkzeuge und Ersatzteile an ihre Einsatzorte im Windpark gelangen.
Wie wir vorgehen
Im Forschungsprojekt werden betriebswirtschaftliche Modelle aufgestellt und die Effizienz von Drohneneinsätzen untersucht. Technologisch sollen die Transportdrohnen in der Lage sein, Nutzlast in Form von Werkzeug, Verbrauchsmaterial zur Wartung und Ersatzteilen, später auch Personal, zu und von ihren Einsatzorten im Windpark zu bringen. Für diese Anwendung werden im Projekt geeignete Konfigurationen für die Drohne und Nutzlastsysteme evaluiert und die Interaktion zwischen Offshore-Windpark und Drohne gestaltet.
Schnittstellen müssen sowohl auf Hardware- als auch auf Softwareebene geschaffen werden damit Einsatz der Transportdrohnen möglich wird. In diese Konzepte fließen rechtliche Rahmenbedingungen mit ein. Wie werden Drohnen und Windparks zu diesem Zweck in Zukunft zertifiziert? Welche internationalen Randbedingungen sind für solche Offshore-Windparks in Zukunft zu berücksichtigen? Die Entwicklung und Validierung des Automatisierungskonzeptes sowie betrieblicher Aspekte zur Durchführung der Transportmission werden in einer simulierten Umgebung durchgeführt, welche im Rahmen des Projektes aufgebaut wird. Die Zielstellungen sind dabei hohe Effizienz und maximale Betriebssicherheit.
Getreu unserem Motto „Wissen für Morgen“ lassen wir uns von dem Thema „Offshore-Logistik mit unbemannten Luftfahrzeugen“ gerne herausfordern: Neu gedachte Fluggeräte, unbequeme Umweltbedingungen und Regulierung sowie hohe Autonomieerfordernisse sehen wir als Chance, Drohnentechnologie zur Ermöglichung von kostengünstiger grüner Energie zu konzeptionieren.
Unsere Partner
- Am Forschungsprojekt beteiligt sich das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR).
Darüber hinaus freuen wir uns, assoziierte Partner gewonnen zu haben:
- Als zuständige Genehmigungsbehörde für Windparks in der deutschen ausschließlichen Wirtschaftszone begleitet das Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) unser Vorhaben.
- Der global tätige Fullservice-Dienstleister Hellmann Worldwide Logistics entwickelt ein logistisches Gesamtkonzept zur Offshore-Belieferung per Drohne.
- TenneT als ein führender europäischer Übertragungsnetzbetreiber untersucht für sein wachsendes Netz von Offshore-Umspannplattformen den Einsatz von Schwerlastdrohnen als Ergänzung des Portfolios von Transportmitteln und bereitet deren Nutzung konzeptionell vor.
Offshore Drone Challenge
Die Offshore Drone Challenge 2024
Im Rahmen des Forschungsprojektes finden Erprobungsflüge statt. Wir haben Drohnenhersteller und -dienstleister dazu eingeladen, ihre Technologie zum Transport von Schwerlasten unter Beweis zu stellen. Im Sommer 2024, am 19. und 20. Juni, werden EnBW und DLR deshalb die Offshore Drone Challenge durchführen. Veranstaltungsort ist der DLR-Standort Cochstedt, das Nationale Erprobungszentrum für Unbemannte Luftfahrtsysteme.
Bei der Offshore Drone Challenge 2024 treten sieben internationale Drohnenunternehmen in einem mehrstufigen Parcours gegeneinander an. Der Parcours deckt den Anwendungsfall des Materialtransports in der Offshore-Windenergie ab, vom Start der Drohne bis zur endgültigen präzisen Platzierung der Nutzlast. Die Unternehmen Anavia, Flowcopter, HyFly, NEX Aero, Solectric, Unmanned Helicopters und Volocopter wurden hierfür ausgewählt und werden ihre Lösungen vorstellen. Die Flugvorführungen werden von einer hochrangig besetzten Jury – einem Experten-Gremium aus Wirtschaft und Wissenschaft – bewertet und sind eingebettet in ein Programm mit Podiumsdiskussionen, Keynote-Vorträgen und abendlichen Get-togethers.
Der Zeitplan
Ihr Kontakt
Ein Parcours, zwei Flugtage und zahlreiche Flugmanöver: Im Sommer 2024 findet die Offshore Drone Challenge (ODC) im Nationalen Erprobungszentrum für unbemannte Luftfahrtsysteme in Cochstedt, Sachsen-Anhalt statt. Aus insgesamt 13 Bewerbungen erhielten sieben Drohnenhersteller und -dienstleister einen ODC-Platz, um ihre Technologien zum Transport von Wartungsequipment zu Offshore-Windparks unter Beweis zu stellen. Zu den Auswahlkriterien gehörten unter anderem die technischen Daten des Fluggerätes, das absolvierte Flugprogramm sowie die Eignung und strategische Ausrichtung in Bezug auf den Anwendungsfall Offshore-Windenergie.
Die folgenden Firmen werden ihre Entwicklungen im Juni 2024 in der ODC live präsentieren:
*Auflistung in alphabetischer Reihenfolge
- Firmensitz: Schweiz
- ANAVIA ist auf die Entwicklung und die Herstellung von unbemannten Coptern mit einem Gewicht von bis zu 750 Kilogramm spezialisiert. Das Unternehmen bietet branchenführende unbemannte Hubschraubersysteme für verschiedene Einsatzprofile wie Überwachung und Aufklärung, Inspektion oder Kartierung und Fracht zu Land und über Wasser.
- Website Anavia
Anavia
- Firmensitz: Schottland
- Flowcopter entstand aus dem Bedarf an robusten VTOL-Plattformen mit hoher Nutzlast und langer Lebensdauer für Märkte, die traditionell Hubschrauber erfordern, wie z. B. Offshore-Logistik und humanitäre Hilfe. Die hybride FC100-Plattform von Flowcopter, die mit E100 oder synthetischen Kraftstoffen betrieben wird, kann eine Nutzlast von 120 kg über 200 km transportieren und Hubschrauber zu einem Bruchteil der Kosten ersetzen.
- Website Flowcopter
Flowcopter
- Firmensitz: Niederlande
- Unsere VTOL-Drohne wurde für den Transport von dringenden Gütern in schwierigen Umgebungen wie Städten und Offshore-Bedingungen entwickelt. Um ein hohes Nutzlastgewicht über lange Strecken zu transportieren, ist die HyFly-Drohne mit einem Wasserstoff-Brennstoffzellen-Antriebssystem ausgestattet. Das einzigartige Tandem-Kippflügel-Konzept ermöglicht einen windresistenten Betrieb in kompakten Bereichen wie z. B. auf Dächern in Städten.
- Website Hydrogen Powered VTOL Drone | HyFly
HyFly
- Firmensitz: Deutschland
- NEX Aero ist ein Berliner Startup, das den weltweit ersten H2 eVTOL entwickelt, weil die Zukunft der Luftfahrt wasserstoffelektrisch ist. Es entwickelt somit ein hochmodernes Frachtflugzeug, das hinsichtlich Volumen, Nutzlast und Reichweite optimiert ist. Es soll bis 2025 auf dem Markt eingeführt werden und eine emissionsfreie Logistik bieten.
- Website NEX Aero
NEX Aero
- Firmensitz: Deutschland
- Die Solectric GmbH zählt heute zu den führenden europäischen Partnern von Da-Jiang Innovations Science and Technology, kurz DJI. DJI ist weltweit bekannt für die Entwicklung und Produktion von Drohnen für private und professionelle Luftbildfotografie und -videografie und gilt als Branchenprimus im Bereich Drohnen für den privaten und kommerziellen Einsatz. Seit 2016 hat sich die Solectric GmbH auf Industrielösungen spezialisiert und ist seither ein zuverlässiger Partner für Behörden und Unternehmen beim Erwerb und der Beratung individuell angepasster Drohnenlösungen auf Basis von DJI-Technologie. Solche Drohnen werden bei der Offshore Drone Challenge eingesetzt.
- Website Solectric
Solectric
- Firmensitz: Österreich
- Unmanned Helicopters ist ein Drohnenunternehmen, das eine neue Generation von senkrecht startenden und landenden (VTOL) ferngesteuerten Flugsystemen (RPAS) entwickelt. Industriell gefertigte Hubschrauberdrohnen bieten eine sehr lange Flugdauer, hohe Nutzlastkapazität und Widerstandsfähigkeit gegen raue Wetterbedingungen.
- Website Unmanned Helicopters - Powerful, reliable & flexible drones
Unmanned Helicopters
- Firmensitz: Deutschland
- Volocopter bringt urbane Luftmobilität (UAM) in Megastädte weltweit. Volocopters Familie von eVTOL-Flugzeugen wird Passagieren (VoloCity und VoloRegion) und Gütern (VoloDrone) schnelle, sichere und emissionsfreie Verbindungen zu ihren Zielen bieten. Als Pionier in der UAM-Branche wird Volocopter noch 2024 kommerzielle Dienste anbieten.
- Website Volocopter brings urban air mobility to life
Volocopter
Die Aufgaben
Die Jury
Aktuelles
Kommunikation zwischen Windparksystem und unbemanntem Hubschrauber erfolgreich im Onshore-Windpark Schwienau demonstriert
Im Oktober 2023 ist der unbemannte DLR-Kleinhubschrauber superARTIS im EnBW Windpark Schwienau II und III in Niedersachsen aufgestiegen.
Ziel war es, die Kommunikation zwischen Drohne und Windpark zu testen, was zuvor in der Theorie ausgearbeitet und durch DLR und EnBW programmiert wurde. Durch die geschaffene Kommunikationsschnittstelle wurde es dem superARTIS ermöglicht, Daten wie Windgeschwindigkeit, Windrichtung, Ausrichtung der Windenergieanlage und Geschwindigkeit des Rotors zu empfangen und daraufhin seine Flugroute zu wählen.
Im durchgeführten Test hat sich der superARTS zunächst versichert, dass der Rotor der anzufliegenden Windenergieanlage steht. Anschließend hat sich der Hubschrauber der Windenergieanlage von der dem Wind abgewandten Seite gefahrlos genähert, bis ein vorgegebener Abstand erreicht wurde. Wenn die Drohne dafür keine Freigabe erhalten hätte, wäre sie automatisch in eine Warteschleife eingeflogen.
Der Versuch fand nicht auf See, sondern an Land statt, um die Experimente sicher und leichter durchzuführen. Für ein realistisches Szenario haben die Forschenden eine Traglast am Fluggerät befestigt. Die Ergebnisse lassen sich auf Offshore-Anlagen übertragen. Die Verständigung zwischen superARTIS und Windkraftanlage wurde für den Offshore-Betrieb konzipiert und wird hierzu in Simulationen untersucht.
Rückblick auf die „Amsterdam Drone Week 2023“
“Drone Industry meets Wind Energy”. Auf der Amsterdam Drone Week führten wir am Mittwoch, 22. März 2023, den Dialog fort. Das Offshore Drone Forum #2 der Projektpartner DLR und EnBW beleuchtete den Anwendungsfall Offshore-Logistikdrohnen aus den Perspektiven der technischen und kommerziellen Machbarkeit sowie der Regulatorik und mögliche Geschäftsmodelle zur Umsetzung.
Das Forum brachte die unterschiedlichen Sichtweisen der Offshore-Windindustrie, der Drohnenbranche und von Investoren zusammen. “Gemeinsam mit unserem Partner DLR und den anderen Speaker*innen diskutierten wir auf dem Forum, unter welchen Rahmenbedingungen der Einsatz von Transportdrohnen in der Offshore-Windenergie besonders vielversprechend ist und haben auch praktische Anwendungsbeispiele gesehen“, so der Gastgeber des Forums Marcus Ihle. „Besonders hat uns gefreut, dass wir mit unserer Veranstaltung das Netzwerk unter den Akteur*innen gestärkt haben. Wir sind uns sicher, damit auch Innovationen zu fördern und das Verständnis für den Anwendungsfall geschärft zu haben.“
Speaker*innen
Rückblick auf das „EnBW Offshore Drone Forum #1“
Im Rahmen der WindEnergy Hamburg 2022 hat die EnBW das „EnBW Offshore Drone Forum“ durchgeführt und damit erstmalig Expert*innen aus der Windenergie- mit denen der Drohnenbranche zusammengebracht. Das „EnBW Offshore Drone Forum“ bot eine intensiv genutzte Bühne für den Dialog zwischen Technik, Wirtschaft, Wissenschaft und Regulatorik. Gemeinsam mit hochrangigen Speaker*innen der Branchen wurde darüber diskutiert, wie Advanced Air Mobility-Technologien auf den Transport von Material und Mensch beim Einsatz in Offshore-Windparks anzuwenden sind.
„Auf der Veranstaltung gab es zahlreiche Möglichkeiten, mit den Teams von EnBW und DLR sowie weiteren Expert*innen in den Austausch zu kommen und somit diesen wertvollen Use Case kennenzulernen. Diese Möglichkeit wurde mit großem Interesse wahrgenommen, was uns sehr freut“, so EnBW-Projektleiter Jonas Janke. „Es geht uns darum, interdisziplinär und im Netzwerk denkend zu agieren und hier Synergien zu schaffen, die uns alle einen weiteren wichtigen Schritt in Richtung Innovation und Nachhaltigkeit bringen.“
Speaker*innen
FAQ
Sie haben Fragen zum Forschungsprojekt Offshore Logistics Drones? Hier finden Sie unsere Antworten!
Heute genutzte Schiffe müssen in der Regel nicht nur Transportmittel, sondern gleichzeitig auch Hotel und Materiallager sein. Grund dafür ist die hohe Entfernung zwischen Einsatzort und Küste. Der Transfer per Schiff dauert mehrere Stunden, weshalb der tägliche Transfer per Schiff in den Windpark in der Regel nicht wirtschaftlich ist. Techniker werden während ihrer Schicht auf dem Schiff untergebracht und versorgt. Entsprechend ist auch durchgehend Personal für den Betrieb des Schiffes erforderlich. Das Schiff muss außerdem entsprechende Einrichtungen besitzen, um auch bei Wellengang den Überstieg auf die Anlagen im Windpark zu ermöglichen. Diese hohe Spezialisierung macht die genutzten Schiffe sehr teuer. Nichtsdestotrotz sind Schiffe die derzeit günstigste Alternative in der Logistik.
Helikopter stehen bereits heute für den Transport von Material und Werkzeug zur Verfügung. Sie lassen sich sehr flexibel einsetzen. Techniker und auch Material lassen sich direkt am Einsatzort, zum Beispiel auf der Gondel einer Windenergieanlage, absetzen. Der Transfer mit dem Helikopter in den Windpark ist durch die hohe Reisegeschwindigkeit in einem Bruchteil der Transferzeit des Schiffes möglich. Der größte Nachteil von Helikoptern sind die Kosten. Hoher Treibstoffverbrauch und der Wartungsaufwand sind große Kostentreiber.
Drohnen bieten gegenüber der heute genutzten Logistik Vorteile bei den Kosten und der Flexibilität. Die hohe Reisegeschwindigkeit ermöglicht einen ähnlich schnellen Transfer wie Helikopter. Bei einem Umstieg auf Transportdrohnen, wäre auch der Service von Offshore-Windparks mit hoher Entfernung zur Küste ohne Unterkunft im Windpark möglich. Die zu erwartenden Betriebskosten von Drohnen sind geringer als die von Helikoptern, da Drohnen einen geringere Komplexität aufweisen. Dies wirkt sich maßgeblich auf den Wartungsaufwand der Drohnen aus. Zukünftig ist zu erwarten, dass Drohnen immer weiter automatisiert werden und die Betriebskosten dadurch sinken. Insbesondere der Transport von Material bietet viele Perspektiven für die Automatisierung.
Welchen Vorteil haben Drohnen gegenüber der heutigen Logistik mit Spezialschiffen und Helikoptern?
Viele Drohnenhersteller haben sich das Ziel gesetzt innerhalb der nächsten Jahre den kommerziellen Betrieb ihrer Drohnen aufzunehmen. Für den Einsatz in Offshore-Windparks müssen diese zunächst für den Einsatz von Drohnen ertüchtigt werden. Da die erforderlichen Rahmenbedingungen erst im Forschungsprojekt ermittelt werden, lässt sich die Dauer schwer abschätzen. Die ermittelten Rahmenbedingungen müssen in die Entwicklung eines neuen Offshore-Windparks einfließen. Für diese Entwicklung werden üblicherweise mehrere Jahre benötigt.
Wann werden die Drohnen einsatzbereit sein und wann können sie in Offshore-Windparks eingesetzt werden?
Für den Einsatz von Transportdrohnen in Offshore-Windparks ist es nicht ausreichend, dass allein die Drohnen verfügbar sind. Der jeweilige Offshore-Windpark muss für den Einsatz von Transportdrohnen entsprechend ausgestattet sein. Des Weiteren kann es Modifikationen an den entwickelten Drohnen erfordern, um sie für diesen Anwendungsfall nutzbar zu machen. Daher ist es auch erforderlich die Hersteller auf den Anwendungsfall Offshore-Windenergie aufmerksam zu machen.
Warum wird das Forschungsprojekt durchgeführt, wenn es doch bereits Hersteller gibt, die Schwerlastdrohnen und Lufttaxis entwickeln?
Für den Transport zwischen Offshore-Windpark und Küste muss die eingesetzte Drohne eine hohe Nutzlast und hohe Reichweite besitzen. Es gibt Konzepte unterschiedlicher Hersteller, die versprechen diese Kriterien zu erfüllen. Noch ist die erforderliche Drohne nicht verfügbar.
Was könnte dem Einsatz von Drohnen im Bereich Offshore entgegenstehen? Wo liegen die Schwierigkeiten?
Für den Flug von Personen mit einer Drohne gibt es hohe Sicherheitsvorgaben der European Union Aviation Security Agency. Drohnen für den Transport von Personen müssen eine Zertifizierung durchlaufen, ähnlich wie man es von Flugzeugen kennt.
Die derzeit bekannten Drohnenmodelle sind nahezu alle mit redundanten Antrieben ausgestattet. Für den Fall, dass es während des Fluges einen Ausfall im Antriebssystem der Drohne geben sollte, so können die verbleibenden Antriebe den Ausfall kompensieren. Bei vielen Drohnenmodellen kann in diesem Fall der Flug zum geplanten Ziel sogar fortgesetzt werden.
Ist der Flug mit einer Drohne sicher?
Die Drohnen für den Personentransport werden von Piloten an Bord gesteuert. Für den Transport von Material ist es denkbar, dass die Drohne nicht von einem Piloten an Bord, sondern von einem Fernpilot gesteuert wird.
Wie werden die Drohnen gesteuert, gibt es einen Piloten?
Ziel ist es, den Drohnenflug als Dienstleistung einzukaufen. Die Drohnen werden optimal ausgelastet, indem sie auch für andere Anwendungsfälle genutzt werden. Stillstandszeiten können somit geringgehalten werden, was sich positiv auf die Betriebskosten auswirkt.
Wer wird die Drohnen betreiben, wird die EnBW zum Luftfahrtunternehmen?
Im Vorfeld zum Forschungsprojekt wurden Vorbetrachtungen zur Wirtschaftlichkeit durchgeführt. Der Einsatz von Transportdrohnen in Offshore-Windparks hat großes Potenzial wirtschaftlich sinnvoll umgesetzt zu werden. Der Einsatz von Transportdrohnen ist allerdings nicht in jedem Szenario sinnvoll.
Ist der Einsatz von Drohnen wirtschaftlich sinnvoll?
Die meisten derzeit bekannten Drohnenmodelle sind elektrisch betrieben. Dies bietet mit Blick auf die Nachhaltigkeit Vorteile gegenüber der heute genutzten Logistik. Betreibt man die Drohnen mit erneuerbar erzeugtem Strom, so lassen sich die Emissionen im Betrieb der Offshore-Windparks reduzieren.
Ist der Einsatz von Drohnen in Offshore-Windparks nachhaltig?
- Die Teilnehmer der Offshore Drone Challenge 2024 stehen fest (EnBW-Pressemeldung vom 9.11.2023)
- EnBW und DLR geben Jury-Besetzung für die Offshore Drone Challenge 2024 bekannt (Pressemitteilung vom 25.05.2023)
- EnBW und DLR laden Drohnenhersteller und -dienstleister zur Teilnahme an der Offshore Drone Challenge ein (Pressemitteilung vom 22.03.2023)
- EnBW und DLR stellen Forschungsprojekt zum Einsatz von Transportdrohnen für Windparks beim Offshore Drone Forum #2 vor
- Professional Drone Operations Publication (Source: Airtaxi to a windfarm – article from: Professional Drone Operations, 3rd edition, January 2023, page 48-49)
- EnBW präsentiert ihre On- und Offshore-Projekte auf der WindEnergy Hamburg 2022 und veranstaltet das „EnBW Offshore Drone Forum“ (Pressemitteilung vom 28.09.2022)
- Mit der Drohne zum Offshore-Windpark (Pressemitteilung vom 11.04.2022)