Mit einer Förderung von 8,85 Millionen Euro baut das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM) eine neue Forschungsinfrastruktur für die Windenergie auf. Im Vorhaben FOKUS-Wind entsteht an den Institutsstandorten Bremen, Cuxhaven und Helgoland erstmals eine durchgängige Test- und Validierungskette für autonome Systeme – also selbstständig arbeitende Drohnen, Roboter und intelligente Sensorsysteme – in Offshore-Windparks. Die Infrastruktur ermöglicht es Unternehmen und Forschungseinrichtungen, diese Technologien unter praxisnahen Bedingungen zu entwickeln, zu erproben und zu qualifizieren. Ziel ist es, Inspektion, Wartung und Zustandsüberwachung von Windparks auf hoher See zuverlässiger und wirtschaftlicher zu gestalten.
Warum autonome Systeme in der Offshore-Windenergie benötigt werden
Mit dem Ausbau der Offshore-Windenergie entstehen Windparks zunehmend weiter von der Küste entfernt. Dadurch steigen Aufwand, Kosten und Risiken für Betrieb, Inspektion und Wartung. Bereits heute zählen diese Faktoren zu den wesentlichen Bestandteilen der Stromgestehungskosten – also der Kosten, die entstehen, um eine Kilowattstunde Strom zu erzeugen. Drohnen, Robotik und intelligente Sensorsysteme könnten Arbeitsabläufe automatisieren, Fachkräfte entlasten und den Betrieb von Offshore-Windparks effizienter und sicherer gestalten. Voraussetzung für ihren breiten Einsatz sind geeignete Möglichkeiten zur Erprobung und Validierung unter realitätsnahen Bedingungen. Bislang fehlt es jedoch an geeigneten Infrastrukturen, in denen diese Technologien unter realen Einsatzbedingungen umfassend getestet werden können.
Eine mehrstufige Validierungskette vom Labor bis in die Nordsee
Zentrales Element von FOKUS-Wind ist eine standortübergreifende Validierungskette, die verschiedene Entwicklungs- und Erprobungsstufen vom Labor bis zur Demonstration unter realen Offshore-Bedingungen abbildet. Am Fraunhofer IFAM in Bremen entsteht eine hochkontrollierte Laborumgebung. Hier lassen sich frühe Entwicklungsphasen sowie Interaktionen zwischen Robotiksystemen und Oberflächen unter reproduzierbaren Bedingungen untersuchen – etwa wie ein Roboter auf unterschiedliche Materialien oder Verschmutzungsgrade reagiert. Der Bremer Standort bildet damit den Ausgangspunkt für die mehrstufige Infrastruktur.
Die nächste Entwicklungs- und Erprobungsstufe erfolgt am Offshore Drone Campus Cuxhaven (ODCC). Mit dem im September 2024 eröffneten Standort verfügt das Fraunhofer IFAM bereits über eine europaweit einzigartige Test- und Entwicklungsumgebung für Offshore-Drohnen. Flugflächen unmittelbar an der Küste sowie direkte Flugkorridore über die Nordsee ermöglichen eine praxisnahe Erprobung. Im Rahmen von FOKUS-Wind wird die bestehende Forschungsplattform gezielt um großskalige Teststrukturen erweitert. Geplant sind unter anderem:
- ein Gondelsimulator mit bewegungsfähiger Plattform – also eine Nachbildung der Maschinengondel auf einer Windkraftanlage, die sich wie im echten Windpark bewegt,
- ein Transition-Piece-Mock-up, ein Modell des Übergangs zwischen Fundament und Turm einer Offshore-Anlage,
- Rotorblattsegmente mit definierten Fehlerbildern, an denen Inspektionssysteme trainiert werden können,
- ein großvolumiger Drohnenkäfig für Flugtests unter kontrollierten Bedingungen.
Den Abschluss der Validierungskette bildet der Standort Helgoland. Die Hochseeinsel bietet ideale Voraussetzungen, um Technologien unter realen Offshore-Bedingungen zu demonstrieren und langfristig zu erproben. Mit dem Testzentrum für Maritime Technologien verfügt das Fraunhofer IFAM dort über etablierte Forschungs- und Testkapazitäten, die als Reallabor für maritime Technologien genutzt werden.
„Mit der Kombination aus Laborumgebung, Nearshore-Testfeld in Cuxhaven und der Erprobung unter realen Offshore-Bedingungen vor Helgoland schaffen wir eine mehrstufige Validierungskette für autonome Systeme. Sie ermöglicht es, Technologien und Betriebsprozesse schrittweise vom Labor bis zum praktischen Einsatz im Offshore-Windpark zu qualifizieren und ihre Einsatzfähigkeit belastbar nachzuweisen."
— Dr. René Neuholz, Projektleiter FOKUS-Wind am Fraunhofer IFAM
Vom Forschungsprojekt zum Industriestandard
Neben Forschung und Technologieentwicklung kann die neue Infrastruktur auch für Schulungs-, Trainings- und Qualifizierungsmaßnahmen genutzt werden. Sie ermöglicht es, neue Arbeitsabläufe zu erproben, den Umgang mit den Technologien zu trainieren und den Wissens- und Technologietransfer zwischen Wissenschaft und Industrie zu fördern. Das Team von FOKUS-Wind unterstützt zudem die Entwicklung organisatorischer Voraussetzungen für den Einsatz autonomer Systeme. Dazu gehören neue Betriebskonzepte, die Integration digitaler Lösungen in bestehende Organisations- und Betriebsstrukturen sowie die Weiterentwicklung von Abstimmungs- und Freigabeprozessen zwischen Betreibern, Dienstleistern und Behörden.
Darüber hinaus schafft die Testumgebung die Grundlage für standardisierte Prüfverfahren und zukünftige Zertifizierungen. Herstellerneutrale Schnittstellen, definierte Prüfverfahren und reproduzierbare Testbedingungen sollen die Vergleichbarkeit von Ergebnissen verbessern und die Entwicklung neuer Systeme beschleunigen. Das Vorhaben stößt bereits auf großes Interesse in der Branche und wird von Windparkbetreibern, Industrieunternehmen, Zertifizierungsorganisationen und Branchenverbänden unterstützt.
FOKUS-Wind startet mit einer Laufzeit von vier Jahren. Die Förderung in Höhe von rund 8,85 Millionen Euro stammt aus dem Sondervermögen „Infrastruktur und Klimaneutralität" des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie im Rahmen des 8. Energieforschungsprogramms. Anschließend steht die Infrastruktur Unternehmen und Forschungseinrichtungen dauerhaft als offene Plattform zur Verfügung, um autonome Technologien für die Offshore-Windenergie zu testen, zu bewerten und in die industrielle Anwendung zu bringen.
