同技術では、点検対象構造物を挟み込む形で飛行させた2機のドローン間において、微弱無線の送受信を行い、その受信信号の変化を解析することで、フレネルゾーン（無線送受信の距離と周波数によって決まる無線が伝搬する空間のこと）内の点検対象構造物の損傷有無を検知する。
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従来は、風車を停止し点検を行っており、発電効率の低下が生じていた。同技術は、これを回避可能とすることで、発電効率向上によるカーボンニュートラルへの貢献を目指すとしている。
背景
2050年カーボンニュートラル実現や日本国内のエネルギー自給率向上に向けて、再生可能エネルギーのひとつである洋上風力発電が将来の主力電力として期待されている。その導入目標は2030年で約1,000万KW、2040年で約3,000万kW～4,500万kWとなっている。導入目標達成のためには2040年時点で約3,600基の洋上風力発電の風車が日本沿岸に建設されることになる。
そして建設だけでなく、保守運用効率化も課題になると想定され、アクセスや現地作業が困難な環境条件を踏まえると、なるべく人手を介さない保守運用の実現が重要となる。また洋上風力発電の想定設備利用率※は30％であり、その向上も課題となっているという。
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※ 定格出力で100％運転（24時間365日）した場合の発電量に対する、実際に1年間で発電した電力量の割合のこと
そこでNTTでは洋上風力発電の定期点検の自動化による運用効率化と運転停止時間短縮による設備利用率向上の実現に向けて、これまで通信事業で培ってきた無線技術とドローンによる設備点検技術を組み合わせた研究開発に取り組んできたという。
技術のポイント
- 自律飛行ドローンを無線の送信機と受信機にしていること
- 無線局免許不要の微弱無線を使用するため、どこでも使用可能
- 周波数と送受信距離により決まるフレネルゾーンを簡単に変更可能
- フレネルゾーン内の受信信号の変化を検知可能
今回の実験および成果
同技術は、どこでも使用できる無線局免許不要の微弱無線を使用し、その送受信間の受信信号の変化により、送受信間にある構造物の損傷有無を検知する。
同技術を2機のドローンに搭載し、微弱無線の送信機と受信機に見立てると、上空で微弱無線の送受信間に損傷有無を検知する対象物以外の遮蔽物、反射物が無い状態にできる。この状態をつくることで、対象物の軽微な変化を把握しやすくなるのだという。
また同技術ではソフトウェア無線を活用しているため、送受信周波数を簡単に変更可能。無線局免許が不要な微弱無線による送受信であるため、上空で自由に様々な周波数の電波を変化させながら送受信できる。これにより周波数と送受信距離によって決まるフレネルゾーンを検知対象の構造物に合わせて変化させることができる。
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実験室におけるフレネルゾーン内の受信信号の変化による損傷有無検知実証
同技術で構造物の損傷有無を検知できることを確かめるために、ノイズ影響の少ない実験室でフレネルゾーン内の受信信号の変化を検知する屋内実験を行った。この検知は風車停止状態で行う画像撮影・解析などすでにある技術を使った点検の前段階で使用することを想定。そのことから、運転停止基準の判断に使えるかどうかが重要となるという。
今回の実験では風力発電設備のブレード点検ガイドラインに記されている3つの状態と正常状態を比較することで、回転中のブレード損傷の状態を判断することを目指した。
結果、運転に影響する計画的に補修を行う状態と保安停止を要する状態の損傷有無を検知することに成功した。
屋外における微弱無線の送受信の実証
2機のドローンを微弱無線の送信機と受信機に見立て、上空で微弱無線の送受信する屋外実験を行った。ドローンで上空を飛行する際にはノイズの影響を強く受けるが、その対策もして実験を行っった結果、上空30メートルでの微弱無線送受信に成功した。
また2機の自律飛行ドローンの操作により、上空で微弱無線の送受信距離を意図通りに変化させて、フレネルゾーンを簡単に変更できることを確認した。
今後の展開
今後は技術確立に向けて、実際に屋外で運転中の複数の風力発電風車に対して同技術を活用する実験を行い、屋外の実物でも損傷検知が行えることを確認する方針。
更なる研究、実証実験を重ねることで、洋上風力発電の定期点検の自動化による運用効率化と設備利用率向上による発電量増加を実現し、カーボンニュートラルへの貢献を目指すとしている。
