Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Drohnengestützte Thermografie als Basis der Asset- und Instandsetzungsstrategie von Fern- und Nahwärmenetzen

Die Definition einer fundierten Strategie für Instandhaltung und Sanierung im Bereich der leitungsgebundenen Wärmeverteilung mit einer zutreffenden Bestimmung der Nutzungsdauer von Netzabschnitten und damit einer präzisen zeitlichen Festlegung von kostenintensiven Investitionsentscheidungen ist mit dem heutigen Stand des Wissens nicht möglich. Einerseits liegen aufgrund des geringen Alters von Wärmenetzen von oft weniger als 50 Jahren nicht viele statistische Daten zur Alterung der Netze vor. Andererseits verhindern hohe Drücke und Temperaturen im Betrieb die sonst üblichen Methoden der optischen Zustandserfassung von innen, sodass diese Aufgabe von Versorgern teilweise mittels thermografischer Bilderfassung an der Oberfläche erfolgt.

Ziel des Forschungsvorhabens ist es daher, ein für Fern- und Nahwärmenetze geeignetes Verfahren zu entwickeln, mit dem der Zustand des Netzes durch drohnengestützte Thermografie erfasst wird, der Zustand für Instandhaltungsmaßnahmen automatisch klassifiziert wird und Handlungsempfehlungen für die Erhaltung der Netzinfrastruktur abgeleitet werden.

Der Lösungsweg ist nachfolgend aufgeführt:

• Entwicklung eines drohnengestützten Erfassungssystems und Flugeinsatzplanung

• Entwicklung einer automationsgestützten Auswertemethodik

• Entwicklung einer thermalbildgestützten Instandhaltungsstrategie

• Umsetzung und Anwendung des Messsystems und der Methodik unter realen Bedingungen

• Entwicklung eines Leitfadens

• Abschlussbericht

Der Nutzen einer thermalbildgestützten Instandhaltungsstrategie mit Drohnen für KMU zeigt sich durch die Möglichkeit einer wirtschaftlicheren und zutreffenderen Zustandserfassung von Wärmeverteilnetzen im Quartiersbereich und im ländlichen Raum. Gerade bei jungen Nahwärmenetzen könnten versteckte Baumängel leichter erkannt werden. Es entstehen neue Dienstleistungsbereiche und eine Verbesserung des relevanten Regelwerks.

Netzbetreiber, darunter auch KMU im Fall von kleineren Netzen, können mit Hilfe des zu erarbeitenden Verfahrens den wirtschaftlichen Betrieb ihrer Netze optimieren. Für KMU besteht ebenfalls die Möglichkeit, drohnengestützte Messungen als Dienstleistung anzubieten.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Forschungsvorhabens ist ein drohnengestütztes Messsystem spezifiziert worden. Das Messsystem erfasst synchron RGB- und infrarot Bilder die mit Zeitstempeln sowie Positionsinformationen versehen werden. Die Flüge können über die GPS-Programmierung und Steuerung vorab geplant und automatisiert durchgeführt werden. Informationen zu allen Flugaktivitäten werden in einem entwickelten Flugprotokoll dokumentiert. Zur Erprobung des Messsystems und für die Entwicklung einer automationsgestützten Auswertesoftware sind unterschiedliche Gebiete und Trassenabschnitte von Wärmenetzen in unterschiedlichen Ausführungen identifiziert und überflogen worden. Die Identifizierung von thermischen Anomalien mit Bezug zum Wärmenetz erfolgt mittels automatischer Bildanalysemethoden, mit dem Ziel die Position von Anomalien zu lokalisieren. Eine Anomalie ist ein Bereich, der eine höhere Temperatur als die Umgebung aufweist. In Bezug auf die Erkennung von Anomalien führt die entwickelte Methodik zu belastbaren Ergebnissen. Zwar existieren in den untersuchten Gebieten keine Leckagen, aber die Erkennungsrate ist manuell verifiziert worden. Zustandsänderungen an einem ausgesuchten Trassenabschnitt konnten im Forschungszeitraum nicht identifiziert werden. Die drohnengestützte Thermografie ist als Inspektionsverfahren für die ereignisorientierte und zustandsorientierte Instandhaltung für Freileitungen und erdverlegte Trassenabschnitte von Wärmenetzen einsetzbar. Es wird eine erhöhte Automation in Teilprozessen erreicht. Allerdings ist es notwendig, dass ein Experte die Ergebnisse abschließend visuell beurteilt. Entsprechend ist für die Anwendung der drohnengestützten Thermografie für die thermische Zustandserfassung von Wärmenetzen ein Leitfaden erstellt worden, in dem die Anforderungen an das Messsystem, die erforderlichen Arbeitsschritte für die Vorbereitung/Planung, Durchführung und Bewertung der Thermalbilder von drohnengestützten Thermalbefliegungen beschrieben werden.