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風力タービンにおけるAIのメンテナンス予測

2024/02/20

風力エネルギーの普及と、風力エネルギーの維持管理にかかる高経費

2016年に170以上の国が「パリ協定」に署名しました。この協定では、地球温暖化や炭素排出を抑制し、地球の平均気温を工業化以前の水準よりも2°C以下に抑えることを目標としています。現在、世界中で90以上の国が、2025年までに総発電量の50%の再生可能エネルギーで発電し、50以上の国が2050年までに100%の再生可能エネルギーを目指しています。

中国の風力資源は豊富で、約32.26億kWを保有しています。そのうち、陸上の風力資源は約2.53億kW、海上の風力資源は約7.5億kWで、合計約10億kWです。2016年から2022年までの間、中国の風力発電のメンテナンス市場は年々成長し、2022年には市場規模が約35.7億人民元に達しました。2023年6月末時点で、中国の風力発電容量は約3億4千万kW、前年同期比で17.2%増加しました。風力発電設備の平均利用時間は、前年同期比で58時間減少し、累計1154時間となりました。

風力発電プロジェクトでは、風力タービンが期間中に最高のパフォーマンスを発揮することが成功の鍵です。風力発電のメンテナンス市場は、風力設備の製造から廃止までの20〜25年にわたる全ライフサイクルをカバーします。高品質なタービンだけでなく、長期的な運用管理も重要です。また、屋外の大型風力タービンのブレードは、次のようなメンテナンス上の問題に直面しています。

  • 従来の手動のバスケットモニタリングは難しく、費用がかかり、風力タービンの停止時間が長くなる傾向があります。これは、ブレードのクラックや雷撃を検出するためにのみ適しています。
  • ブレードにセンサを埋め込んでモニタリングする方法は、リアルタイムのモニタリングを行えるためタービンの停止時間を必要としませんが、非常に難しく高コストです。
  • 無人航空機(UAV)を使ったブレード検査は費用対効果が高く、風力タービンを停止させる必要があり、リアルタイムでのモニタリングは不可能です。

即時メンテナンスとコスト削減のためのAIビジョン検査

さて、前述のメンテナンス課題に対処し、顧客の運用コストを削減するために、中国の風力タービン機器およびソリューションプロバイダーは、AIビジュアル検査システムを包括的なスマート風力発電所の運用とメンテナンスに統合することを提案しています。AI画像モニタリングソリューションには、全体的な投資コストが低いという利点があります。また、停止時間なしでリアルタイムモニタリングが可能であり、広範囲にわたる検出と高い精度を提供します。このアプローチは、風力タービンの損傷を予防し、発電量を最大化するのに最も効果的です。それは、タービンの状態をリアルタイムで監視することで事前に問題を察知し、最適な状態を維持することができるからです。

中国の風力タービン機器メーカは、実際に数多くのケースデータを活用し、高度に精度の高いAIモデルを開発しました。氷結検出の精度は95%を超え、クラック検出の精度は95%以上、雷撃認識の精度は80%以上に達しています。問題が検出されると、システムは即座に警告を発し、迅速なメンテナンスを促します。

この先端技術は、風力発電業界に革新をもたらしています。まず、AIビジュアル検査システムは非常にコンパクトなため、既存の風力発電設備に直接取り付けることができます。これにより、新しい大規模な設備を購入する必要がなくなり、大幅なコスト削減が実現します。さらに、取り付けや運用には停止時間が必要ないため、生産性の低下を心配することなく導入できます。特定の現場制約がある場合でも、中国の風力タービン機器およびソリューションプロバイダーは、各風力発電所に合わせてAIソリューションをカスタマイズすることが可能です。性能向上、発電量の増加、風車の寿命延長など、風力発電所全体の価値が向上し、エネルギー効率が高められるという素晴らしい効果が期待できます。

システムの取り付けと運用の手順は、以下のようになります。

  1. 全ての新しい風力タービンモデルにカメラを取り付けます。これによって、他社のタービンにも対応できるブレード画像監視システムを提供します。
  2. 風力タービンにAIビジュアル検査システムを追加し、ブレードの状態を監視し、リアルタイムのデジタル化されたデータを提供します。
  3. 監視システムは、制御室に中央集約され、機器の状態をリモートで監視し、分析レポートを提供します。
  4. 現場での取り付けは、風力タービンの停止時間が必要なく、プラグを差し込むだけで1時間以内にシステムが稼働します。
  5. AIモデルはトレーニング後、リモートでエッジシステムに同期され、連続的なモニタリングが可能です。
  6. ブレードの状態をリアルタイムで遠隔地からチェックし、最適なパフォーマンスを確保します。

風力エネルギーのAIによる予測メンテナンスの主な利点

  1. 改修に関する市場ソリューション:このシステムはアフターマーケットに属し、顧客は風力タービン発電機全体を交換せずにメンテナンスを行うことができます。風車の停止時間は必要ありません。
  2. AI画像モニタリング:AI画像モニタリングを活用し、カメラを使ってブレードの各部位のリアルタイム画像を提供し、ユーザーが現場の状況を即座に監視できます。
  3. リアルタイムの欠陥検出:画像データはリアルタイムでAIシステムに入力されます。このAIシステムは、ブレードの欠陥を即座に検出するためにAI画像認識アルゴリズムを組み込んでおり、氷の付着、クラック、ひび割れなどの問題に迅速に警告を発します。

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