Einsatz intelligenter Drohnen bei der Axpo

Intelligente Drohnen – grenzenlose Möglichkeiten

Die Digitalisierung durchdringt seit Jahren zunehmend alle Aspekte des privaten und geschäftlichen Lebens. Nach der Automatisierung der Anlagen ist für die Axpo als Wasserkraftproduzentin die umfassende Digitalisierung der Kraftwerke der nächste Evolutionsschritt.

Im April 2019 fiel der Startschuss für die Pilotumsetzung des ersten digitalen Wasserkraftwerks in der Schweiz am Standort der Kraftwerke Sarganserland (KSL). Im Rahmen des zweijährigen Pilotprojektes wurden u. a. Feldversuche durchgeführt, um die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten von Drohnen zu erkunden. Sie ermöglichen beispielsweise Inspektionen an bislang unzugänglichen Orten, die Erfassung detaillierter Daten für 3D-Modelle von Wasserkraftwerken und Staudämmen sowie die sichere Beurteilung von Lawinensituationen aus der Ferne.

Die ersten Feldversuche im Pilotprojekt verliefen positiv. Der betriebliche Einsatz bietet der Axpo und insbesondere den Mitarbeitenden in den Kraftwerken zahlreiche Vorteile. Aus diesem Grund hat sich die Axpo entschieden, alle Kraftwerke mit Drohnen auszurüsten. Der erste Schritt hierfür war die Auswahl geeigneter Drohnen je nach Anwendungsbereich. Dies erfolgte in enger Zusammenarbeit mit BRACK.CH. Weitere Einblicke zur Drohnenauswahl finden Sie in diesem Blogbeitrag.

Die Herausforderungen

Dank fortschrittlicher Technologie ist das Fliegen von Drohnen heutzutage kinderleicht und leistungsfähige Drohnen sind zu erschwinglichen Preisen erhältlich. Doch der berufliche Einsatz von Drohnen wirft für die Axpo als Betreiberin auch wichtige neue Fragen auf:

• Regulatorische Anforderungen: Welche regulatorischen Vorgaben müssen beachten werden und wie wird sichergestellt, dass sie innerhalb der Organisation eingehalten werden?
• Umgang mit rechtlichen Rahmenbedingungen: Wie sollte mit sich verändernden gesetzlichen Bestimmungen umgegangen werden und wie wird sichergestellt, dass man stets über neue Vorschriften informiert ist?
• Ausbildung der Pilot*innen: Welche Art von Ausbildung benötigen die Pilot*innen der Axpo und wie wird ihre kontinuierliche Fortbildung gewährleistet?

Das EU-Recht für Drohnen, welches auch in der Schweiz zur Anwendung kommt, unterscheidet zwischen drei Kategorien für den Betrieb von Drohnen: «offen», «speziell» und «zulassungspflichtig».

• In der offenen Kategorie können Drohnen ohne Bewilligung eingesetzt werden, wenn sie auf Sicht geflogen werden, unter 120 m Höhe bleiben und ein Fluggewicht von maximal 25 kg aufweisen. Je nach Gewicht der Drohne gibt es Einschränkungen, wie nahe an unbeteiligte Personen herangeflogen werden darf. Die Mehrzahl der in der Freizeit genutzten Drohnen werden in dieser Kategorie betrieben.
• In der speziellen Kategorie werden diejenigen Drohnen betrieben, für welche eine Interaktion mit der zuständigen Behörde nötig ist, beispielsweise, wenn sie ausserhalb der Sichtweite der Pilot*innen geflogen werden oder über Menschenansammlungen betrieben werden.
• Die zulassungspflichtige Kategorie ist für den sehr risikoreichen Betrieb (z. B. Personen oder Gefahrguttransport) vorgesehen.

Aufgrund der erheblichen Flugdistanzen in den Gebieten der Wasserkraftwerke ist ein Drohneneinsatz mit direktem Sichtkontakt oft nicht möglich. In solchen Fällen fällt der Drohneneinsatz in die Kategorie «speziell» und erfordert eine Genehmigung seitens des Bundesamtes für Zivilluftfahrt.

In der Schweiz gibt es Gebiete, in denen das Fliegen von Drohnen untersagt oder nur eingeschränkt möglich ist. Alle Drohnenpilot*innen sind verpflichtet, sich vor jedem Drohnenflug über die geltenden Gebietseinschränkungen zu informieren. In einer interaktiven Drohnenkarte des Bundes sind die Gebiete mit nationalen und kantonalen Gebietseinschränkungen aufgeführt, in denen Drohnen nicht betrieben werden dürfen. Diese umfassen zum Beispiel:

• 5 km Radius rund um zivile oder militärische Flugplätze
• militärische Gebiete
• Umkreis von Kernkraftwerken
• gewisse Infrastruktur der Energie- und Gasversorgung
• Vollzugseinrichtungen
• bestimme Naturschutzgebiete

Diese Herausforderungen stellen insbesondere für kleinere Kraftwerke mit nur 2-3 Pilot*innen eine grosse organisatorische Hürde dar.

hydrone – Die zentrale Einheit für den regelkonformen Drohneneinsatz bei der Axpo

Um diese Herausforderungen zu bewältigen, hat die Axpo die Aktivitäten im Zusammenhang mit dem Drohneneinsatz in den Kraftwerken organisatorisch aufgeteilt: Die Kraftwerksmitarbeitenden fliegen die Drohnen und eine zentrale Einheit namens «hydrone» kümmert sich um alle anderen Aufgaben, die in der nachfolgenden Grafik dargestellt sind:

Regulierung

Um einen sicheren Flugbetrieb zu gewährleisten, werden die Kraftwerksmitarbeitenden vom hydrone-Team bei den Anträgen und dem Inhalt der Ausnahmebewilligungen für Flüge in Flugverbotszonen unterstützt. In Zusammenarbeit mit BRACK.CH und dem Drohnenhersteller DJI haben sie eine effiziente Lösung entwickelt, um nach Erhalt der Ausnahmebewilligungen die Freischaltung der Drohnen reibungslos durchzuführen.

Drohnenbeschaffung

Zu den Aufgaben des zentralen Teams gehört auch die Beratung und Festlegung der geeigneten Drohnen und des Zubehörs, die speziell auf die betreiberspezifischen Anwendungsfälle und Gegebenheiten zugeschnitten sind. Das Team unterstützt dabei, die richtige Auswahl zu treffen, die den Anforderungen entspricht und eine optimale Leistung gewährleistet. Des Weiteren unterstützt das hydrone-Team bei der Beschaffung regelkonformer Drohnen. Sie stehen den Kraftwerken auch bei Garantieansprüchen und auftretenden Mängeln zur Seite, um sicherzustellen, dass Ihre Geräte geschützt sind und reibungslos funktionieren. Zusätzlich unterstützt die zentrale Einheit bei der Beschaffung bzw. Erinnerung an den Ablauf der gültigen Drohnen-Haftpflichtversicherung.

Aus- und Weiterbildung

Zu den zentralen Komponenten des Drohneneinsatzes bei der Axpo zählen eine praxisnahe Ausbildung sowie die konsequente Umsetzung der regulatorischen Anforderungen. Ihre Bemühungen umfassen verschiedene Massnahmen:

• Praxisnahe Ausbildung: Neben den standardmässigen Onlinekursen legen sie grossen Wert auf präsenzbasierte Schulungen vor Ort. Hierbei werden die Pilot*innen von erfahrenen Instruktoren geschult, um ihnen das nötige Fachwissen und die praktischen Fähigkeiten zu vermitteln.
• Kontinuierliche Weiterbildungen: Um mit den sich ständig ändernden Vorschriften und Best Practices Schritt zu halten, führen sie regelmässige Weiterbildungen für die Pilot*innen durch. Diese stellen sicher, dass sie stets über aktuelle Entwicklungen informiert sind und ihr Wissen auf dem neuesten Stand bleibt.
• Begleitung bei Einsätzen: Sie begleiten die Pilot*innen aktiv bei ihren Einsätzen. Dies ermöglicht ihnen, sie bei Bedarf zu unterstützen, Fragen zu klären und sicherzustellen, dass die Vorgaben und Sicherheitsrichtlinien eingehalten werden.

Diese Massnahmen tragen dazu bei, dass die Pilot*innen gut ausgebildet und geschult sind, um ihre Aufgaben sicher und effektiv zu erfüllen. Durch die Kombination von praxisnaher Ausbildung, kontinuierlicher Weiterbildung und aktiver Begleitung können sie sicherstellen, dass ihre Drohneneinsätze den regulatorischen Anforderungen entsprechen und höchste Sicherheitsstandards gewährleistet sind. Das Ausbildungskonzept ist nachfolgend in der Übersicht dargestellt.

Technischer Support

Als Teil der Aufgaben kümmert sich das zentrale Team auch um die Markierung der Drohnen, beginnend mit der initialen Inbetriebnahme bis hin zur Durchführung von Testflügen und der Installation eventueller Software-Updates. Durch diese umfassenden Massnahmen stellt die Axpo sicher, dass die Drohnen jederzeit einsatzbereit und auf dem neuesten Stand sind.

Des Weiteren bietet das Team Unterstützung bei der Freischaltung von Flugverbotszonen- und Höhenbeschränkungen des Fluggeräts, sofern die notwendigen Bewilligungen vorliegen. Damit stellen sie sicher, dass die Drohnen gemäss den geltenden Vorschriften und Bestimmungen betrieben werden.

Zusätzlich informiert der Drohnenbeauftragte die Pilot*innen in den Kraftwerken über Rückrufaktionen oder zu treffende Massnahmen, insbesondere im Hinblick auf wichtige Software-Updates der eingesetzten Drohnen. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass sie in den Kraftwerken stets über relevante Entwicklungen informiert sind und schnell handeln können, um die Sicherheit und Effizienz der Drohnenflotte zu gewährleisten.

Anwender-Support

Eine wichtige Aufgabe des zentralen Teams ist der Anwender-Support. Dieser umfasst die Bereitstellung regelkonformer Dokumentationen (z. B. Betriebshandbuch, Checklisten für die Drohnenpilot*innen). Diese Dokumente sind entscheidend, um sicherzustellen, dass der Drohnenbetrieb den geltenden Vorschriften entspricht und alle erforderlichen Sicherheitsstandards erfüllt.

Zusätzlich wird den Drohnenpilot*innen ein First Point of Contact (FPoC) für technische Probleme mit den Drohnen und/oder dem Zubehör angeboten. Das Team steht zur Verfügung, um schnell und effektiv auf auftretende Probleme zu reagieren und gemeinsam mit der Unterstützung von BRACK.CH Lösungen bereitzustellen.

Darüber hinaus übernehmen sie zentral das gesamte Schadenmanagement und bieten Unterstützung bei der Bewertung von Drohnenschäden. Das Team hilft bei der Koordination von Reparaturen oder Ersatzbeschaffungen im Falle von Schäden oder Verlusten, um sicherzustellen, dass die Drohnenflotte schnellstmöglich wieder einsatzbereit ist.

Piloten-Community

Das zentrale Rundum-sorglos-Paket hydrone bietet sich nicht nur den Drohnenpilot*innen in Axpos eigenen Wasserkraftwerken an, sondern betreut auch Pilot*innen aus den Bereichen Stromnetze und Kernkraftwerke, d. h. das Leistungsangebot hydrone richtet sich an alle Betreiber kritischer Infrastruktur. Mit über 120 Pilot*innen und mehr als 50 Drohnen sind sie einer der grössten betrieblichen Drohnenbetreiber in der Schweiz und haben mit BRACK.CH einen zuverlässigen Partner im Hintergrund.

Drohne statt Heli – Ein Beispiel aus der Praxis

Bei einer Wasserfassung der Axpo kam es im Sommer 2023 zu einem Materialabbruch, so dass ein Teil der Wasserfassung überhängend war. Um die Anlage zu reparieren, mussten sie das benötigte Betonvolumen ermitteln. Bis anhin war für eine solche Einschätzung ein Helikopterflug notwendig.

Heute kann für diese Aufgabe eine DJI Mavic 3 Enterprise Drohne eingesetzt werden. Mit den leistungsfähigen Sensoren kann die Drohne ein 3D-Modell der Anlage erstellen. Die Mavic 3 ist grundsätzlich in der Lage, solche Aufnahmen automatisch mit programmierten Flugrouten zu machen. Aufgrund des Standortes der Wasserfassung fehlte jedoch zwischendurch das GPS-Signal. Daher haben die Pilot*innen von hydrone die Drohne für einige Aufnahmen manuell bedient. Dies erfordert erfahrene Pilot*innen mit einer soliden Flugausbildung.

Durch den Einsatz von Drohnen eröffnen sich vielfältige Möglichkeiten, Zeit und Kosten zu sparen, indem auf teure und aufwendige Alternativen wie Helikopterflüge und den Einsatz spezialisierter Fachkräfte vor Ort verzichtet werden kann. Dies ermöglicht nicht nur eine effizientere Ressourcennutzung, sondern trägt auch zur Verbesserung der Arbeitssicherheit bei, da weniger Vor-Ort-Begutachtungen erforderlich sind und potenzielle Risiken reduziert werden.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil liegt in der präzisen Datenerfassung durch die Drohne, die es ermöglicht, hochauflösende 3D-Modelle zu erstellen. Diese Modelle dienen als wertvolle Grundlage für die Planung und Durchführung von Projekten, insbesondere im Bereich der Reparatur von Wasserfassungen. Durch die genaue Erfassung des Geländes und die Erstellung präziser 3D-Modelle kann das erforderliche Betonvolumen für die Reparatur der Wasserfassung exakt berechnet und somit eine effiziente Ressourcennutzung sichergestellt werden.

Fazit

Der Einsatz von Drohnen bei der Axpo zeigt eindrucksvoll, wie moderne Technologie Wartungs- und Sicherheitsprozesse in der Energiebranche optimieren kann. Die innovativen Drohnenlösungen bieten zahlreiche Vorteile, die sich positiv auf Effizienz, Kosten und Sicherheit auswirken.

• Effiziente Inspektionen: Drohnen ermöglichen präzise Inspektionen an schwer zugänglichen Orten und liefern detaillierte 3D-Modelle für Wasserkraftwerke.
• Kosteneinsparungen: Durch den Einsatz von Drohnen anstelle von Helikoptern können erhebliche Kosten eingespart werden.
• Erhöhte Sicherheit: Der Drohneneinsatz reduziert die Notwendigkeit für risikobehaftete Vor-Ort-Begutachtungen und erhöht die Arbeitssicherheit.
• hydrone-Netzwerk: hydrone bietet als zentrales Drohnenpilotennetzwerk umfassende Unterstützung bei Regulierungsfragen, Drohnenbeschaffung und Pilotenschulung.

Insgesamt stellt die Integration von Drohnen in die Arbeitsabläufe von der Axpo eine wesentliche Verbesserung dar, die nicht nur die Effizienz steigert, sondern auch zur Kostenreduktion und Steigerung der Sicherheit beiträgt.

Bei Fragen zu hydrone steht Ihnen Herr Klaus Liedtke und Maurice Lüscher gerne zur Verfügung.