JP2023072593A - 風車点検方法および風車点検システム - Google Patents
風車点検方法および風車点検システム Download PDFInfo
- Publication number
- JP2023072593A JP2023072593A JP2021185262A JP2021185262A JP2023072593A JP 2023072593 A JP2023072593 A JP 2023072593A JP 2021185262 A JP2021185262 A JP 2021185262A JP 2021185262 A JP2021185262 A JP 2021185262A JP 2023072593 A JP2023072593 A JP 2023072593A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- inspection
- blade
- wind turbine
- wind
- drone
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000007689 inspection Methods 0.000 title claims abstract description 247
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 4
- 238000010248 power generation Methods 0.000 abstract description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 32
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 13
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 10
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 8
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N 9,10-anthraquinone Chemical compound C1=CC=C2C(=O)C3=CC=CC=C3C(=O)C2=C1 RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000004091 panning Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000001454 recorded image Methods 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
Landscapes
- Wind Motors (AREA)
Abstract
【課題】風力発電装置の回転しているブレードを停めずに点検を行うことができ、点検作業のコストを低減するとともに、点検中に発電を継続することができる風車点検技術を提供する。【解決手段】風車点検方法は、自律制御または遠隔操作により無人で飛行が可能な点検用空中ドローン50を用いて風力発電装置2の点検を行う方法であり、風力発電装置2の複数のブレード5が風Wを受けて回転しているときに、点検用空中ドローン50がブレード5から一定の離間距離を維持しつつブレード5の長手方向に対応している方向に沿って飛行し、点検用空中ドローン50に搭載された点検用機器54の情報取得範囲Rをブレード5が横切る度に、点検用機器54でブレード5の状態を示す情報を取得する。【選択図】図4
Description
本発明の実施形態は、風車点検技術に関する。
従来、風力発電装置を点検するために空中ドローン(無人航空機)を用いる技術が知られている。しかし、空中ドローンに搭載したカメラで風力発電装置のブレードを撮影するときには、ブレードの回転を完全に停止させなければならず、その作業のために点検作業員が高所に登り、回転をロックする作業を行う必要があり、かつ点検中に発電を行うことができない。そこで、回転しているブレードを停めずに風力発電装置の点検を行うことができ、点検中に発電を継続することが求められている。
本発明が解決しようとする課題は、風力発電装置の回転しているブレードを停めずに点検を行うことができ、点検作業のコストを低減するとともに、点検中に発電を継続することができる風車点検技術を提供することである。
本発明の実施形態に係る風車点検方法は、自律制御または遠隔操作により無人で飛行が可能な点検用空中ドローンを用いて風力発電装置の点検を行う方法であり、前記風力発電装置の複数のブレードが風を受けて回転しているときに、前記点検用空中ドローンが前記ブレードから一定の離間距離を維持しつつ前記ブレードの長手方向に対応している方向に沿って飛行し、前記点検用空中ドローンに搭載された点検用機器の情報取得範囲を前記ブレードが横切る度に、前記点検用機器で前記ブレードの状態を示す情報を取得する。
本発明の実施形態により、風力発電装置の回転しているブレードを停めずに点検を行うことができ、点検作業のコストを低減するとともに、点検中に発電を継続することができる風車点検技術が提供される。
以下、図面を参照しながら、風車点検方法および風車点検システムの実施形態について詳細に説明する。
図1の符号1は、本実施形態の風車点検システムである。この風車点検システム1は、複数(例えば、2機)の点検用空中ドローン50を備える。風車点検システム1は、これらの点検用空中ドローン50を用いて、点検対象物としての水上風力発電装置2の点検を無人で行うものである。
なお、図1の紙面左側を水上風力発電装置2の正面側(前方側)とした場合、一方の点検用空中ドローン50Aが、水上風力発電装置2の正面側に配置され、他方の点検用空中ドローン50Bが、水上風力発電装置2の背面側(後方側)に配置する。
水上風力発電装置2とは、風Wの力を利用して風車を回し、その回転運動により発電を行うものである。多数の水上風力発電装置2が海洋3上に林立して設けられることで、洋上ウインドファームが構築されている。
また、これらの点検用空中ドローン50は、海洋3上を縦横無尽に飛び回り、風向と風速を観測することも可能である。この点検用空中ドローン50を用いることで、洋上ウインドファームの省力化が図れる。特に、点検用空中ドローン50は、水上風力発電装置2の周辺、水上風力発電装置2同士の間、水上風力発電装置2から離れた場所の風向と風速を観測する。
また、点検用空中ドローン50は、任意の場所まで飛んで行くことができるため、固定的な風況観測装置(図示略)を多数の場所に設ける場合と比較して、少ない台数の点検用空中ドローン50で風況の観測が行える。そのため、システムの構築と維持のためのコストを低減することができる。
本実施形態では、点検用空中ドローン50の観測結果に基づいて、洋上ウインドファームの風況解析が行われ、風況マップが作成される。この風況マップに基づいて、それぞれの水上風力発電装置2が制御される。このようにすれば、点検用空中ドローン50により3次元的な風Wの流れを観測することができ、かつ水上風力発電装置2が風況に応じて最適な発電を行うことができる。
水上風力発電装置2は、水上設備として、ハブ4を中心軸として回転する複数(例えば、3枚)のブレード5を備える。これらのブレード5に風Wが当たることでハブ4を中心軸として回転し、ナセル6の内部に設けられた発電機(図示略)が発電を行う。本実施形態では、揚力型風車であり、かつ水平軸風車であるアップウインド型のプロペラ型風車を例示する。
なお、ハブ4の内部には、ブレード5のピッチ角を変更する可変ピッチ機構(図示略)が設けられている。また、ナセル6の内部には、ブレーキ装置(図示略)などが設けられている。さらに、ナセル6の方位を変更する方位変更機構(図示略)なども設けられている。また、増速機(図示略)が設けられる場合もある。このナセル6は、海洋3上に立つタワー7の上部に設けられている。
また、水上風力発電装置2は、水中設備として、タワー7を海洋3上に浮かべるための浮体8と、浮体8を係留する係留索9と、発電した電力を陸地まで送るための送電ケーブル10とを備える。
なお、係留索9は、浮体8を海底に繋ぎとめる巨大な金属製のチェーンである。1つの浮体8に対して複数本の係留索9が設けられている。これらの係留索9の下端は、海底に固定されており、水上風力発電装置2が、浮体8により浮かんでいる状態であっても海流で流されずに済む。
また、水上風力発電装置2は、風車制御装置11を備える。この風車制御装置11は、例えば、ナセル6の方位の制御、ブレード5のピッチ角の制御を行うために設けられている。さらに、風車制御装置11は、通信機器(図示略)を備えている。そして、風車制御装置11は、所定の情報、例えば、ブレード5の回転周期(ハブ4の単位時間当たりの回転数)を示す情報を、遠隔地(地上局)の本部にある管理コンピュータ30(図3)に送信する。
さらに、風車制御装置11は、管理コンピュータ30(図3)から風況を示す風況情報を受信する。風車制御装置11は、風況情報に基づいて、ナセル6の方位の制御、ブレード5のピッチ角の制御のうち少なくともいずれかの制御を行う。このようにすれば、水上風力発電装置2の故障リスクを低減させることができる。
なお、風向計(図示略)と風速計(図示略)が水上風力発電装置2に設けられていても良く、この水上風力発電装置2が風向と風速を観測して風況マップを生成しても良い。
なお、本実施形態では、風車制御装置11が自動的に水上風力発電装置2を制御する態様を例示するが、その他の態様であっても良い。例えば、風車制御装置11は、風車点検システム1の管理者(ユーザ)の入力操作を受け付けて水上風力発電装置2を制御するようにしても良い。つまり、風車制御装置11は、管理者の手動操作により水上風力発電装置2を制御するための遠隔操作装置でも良い。
本実施形態の風車点検システム1は、CPU、ROM、RAM、HDDなどのハードウェア資源を有し、CPUが各種プログラムを実行することで、ソフトウェアによる情報処理がハードウェア資源を用いて実現されるコンピュータで構成される。さらに、本実施形態の風車点検方法は、各種プログラムをコンピュータに実行させることで実現される
次に、点検用空中ドローン50の構成について図2を参照して説明する。
点検用空中ドローン50は、垂直に離着陸が可能な機体51と、この機体51を飛行させる推力を発生させる複数(例えば、4つ)のメインロータ52と、それぞれのメインロータ52を回転させるためのモータ53とを備える。なお、点検用空中ドローン50は、メインロータ52の他にも、補助ロータまたは安定翼を備えていても良い。
この点検用空中ドローン50は、いわゆる電動垂直離着陸機(eVTOL)である。この点検用空中ドローン50は、例えば、海洋3上を航行する無人母船(図示略)に設けられた離発着ポートを用いて離着陸が可能になっている。
点検用空中ドローン50は、自律制御または遠隔操作により無人で飛行が可能であり、かつメインロータ52を回転させたときに発生する推力でホバリングが可能である。なお、ホバリングとは、空中の所定の位置で停止した飛行状態であり、水平方向および垂直方向の一定の位置で機体51が止まっている状態を示す。また、点検用空中ドローン50は、それぞれのメインロータ52の回転数を個別に制御することで、姿勢の制御が可能になっている。
点検用空中ドローン50は、機体51の下部に搭載された点検用カメラ54を備える。この点検用カメラ54が水上風力発電装置2の外観を撮影することで点検を行うことができる。例えば、点検用空中ドローン50は、点検用カメラ54でブレード5を撮影することで、ブレード5の状態を示す情報である画像を取得する。この点検用カメラ54は、パン・チルト・ズームが行えるものであり、撮影方向を自由自在に動かして広範囲の撮影が可能なものとなっている。この点検用カメラ54を用いて動画または静止画のいずれか一方、またはその両方の撮影が可能である。なお、点検用カメラ54は、パン・チルトのみが行えるものでも良いし、チルトのみが行えるものでも良い。
なお、点検用空中ドローン50は、点検用カメラ54を用いて水上風力発電装置2を撮影する態様のみならず、点検用カメラ54を用いて水平線を撮影することで、機体51の姿勢を把握することも可能である。また、点検用空中ドローン50は、点検用カメラ54で撮影した水上風力発電装置2の位置に基づいて、自己位置を把握することも可能である。
本実施形態では、水上風力発電装置2を点検するための点検用機器として点検用カメラ54を例示する。また、点検用カメラ54の場合の情報取得範囲は、点検用カメラ54が向いている正面側(前方側)の範囲であって、画角である撮影範囲R(図4)である。
なお、点検用機器は、点検用カメラ54で画像を取得するもののみならず、その他の態様であっても良い。例えば、レーザ、赤外線、超音波のうちの少なくともいずれか1つを用いて、ブレード5の状態を示す情報が取得されても良い。
点検用機器の他の態様として、ブレード5の表面の3次元形状を取得する3次元レーザスキャナ(図示略)を例示する。例えば、レーザを用いて得られる情報として、物体の表面の3次元形状を示す点群データが含まれる。
点群データは、赤外線センサまたはLiDARなどのレーザセンサを用いて取得される。例えば、物体にレーザを投光してその反射光を受光素子により受光することで、物体までの距離を測定することができる。また、レーザセンサは、投光パルスに対する受光パルスの遅れ時間を距離に換算するToF(Time of Flight)方式を用いて、周辺の物体までの距離を測定する。
なお、点検用空中ドローン50は、ステレオカメラ(図示略)を用いて、所定の物体を複数の異なる方向から同時に撮影することにより、その物体までの奥行き方向の情報を取得しても良い。
また、点検用空中ドローン50は、機体51の上部に搭載された同調装置55を備える。なお、同調装置55は、信号発信部56と信号受信部57を備える(図3)。この同調装置55は、ブレード5の回転周期(ハブ4の単位時間当たりの回転数)を示す情報を取得し、この回転周期に対して点検用カメラ54の撮影タイミングを同調させるためのものである。
例えば、図1に示すように、一方の点検用空中ドローン50A(または50B)の信号発信部56が、他方の点検用空中ドローン50B(または50A)に向けてタイミング信号Tを発信する。なお、タイミング信号Tは、可視光線または赤外線による継続的な発光による信号でも良いし、レーザの継続的な照射による信号でも良い。このタイミング信号Tが、他方の点検用空中ドローン50Bの信号受信部57で受信される。なお、信号受信部57は、カメラまたは受光素子などを含む。
ここで、点検用空中ドローン50A,50B同士の間をブレード5が横切る度に、タイミング信号Tが遮断され、点検用空中ドローン50Bに届かないようになる。つまり、タイミング信号Tの遮断により、ブレード5の横切りを検出することができる。他方の点検用空中ドローン50Bは、この遮断のタイミングに基づいて、ブレード5の回転周期を取得する。
そして、ブレード5の回転周期と同期して、他方の点検用空中ドローン50Bの点検用カメラ54の撮影(情報取得)のタイミングが制御される。例えば、点検用カメラ54の正面側をブレード5が横切る度に撮影が行われる。このようにすれば、風Wの影響でブレード5の回転周期が変化しても、その回転周期を点検用空中ドローン50が取得し、適切なタイミングでブレード5を撮影することができる。
なお、点検用カメラ54が動画の撮影を行っている場合には、動画とともに点検用カメラ54の正面側をブレード5が横切るタイミングが記録される。この記録に基づいて、ブレード5が写る静止画を特定することができる。
本実施形態の点検用機器には、同調装置55が含まれる。さらに、本実施形態の情報取得範囲には、同調装置55の信号受信部57がタイミング信号Tを受信可能な範囲が含まれる。
なお、本実施形態では、同調装置55でタイミング信号Tを受信しているが、その他の態様であっても良い。例えば、点検用カメラ54でタイミング信号Tを受信しても良い。例えば、点検用カメラ54で動画の撮影を継続し、この動画にタイミング信号Tが写っている状態を、タイミング信号Tを受信しているものとする。ここで、タイミング信号Tが動画に写らなくなったとき、つまり、点検用カメラ54の正面側をブレード5が横切ったときに取得した画像(静止画)をブレード5が写っているものとして記録しても良い。
次に、風車点検システム1のシステム構成を図3に示すブロック図を参照して説明する。なお、複数の点検用空中ドローン50(50A,50B)は、それぞれ同一構成となっている。
点検用空中ドローン50(50A)は、モータ53と点検用カメラ54と同調装置55に加えて、通信部58と記憶部59と位置計測器60と姿勢計測器61と風向計62と風速計63とドローン制御部64とを備える。
通信部58は、無線通信により他のコンピュータと通信を行う。例えば、通信部58は、他の点検用空中ドローン50B、管理コンピュータ30と通信を行う。なお、通信部58は、インターネット、WAN(Wide Area Network)または携帯通信網などの所定の通信回線を介して通信を行っても良い。
点検用空中ドローン50は、この通信部58を用いて、点検結果、例えば、ブレード5の画像などを含む点検情報を、遠隔地(地上局)の本部にある管理コンピュータ30に送信する。さらに、通信部58は、海洋3上の風況を示す情報を管理コンピュータ30に送信する。点検用空中ドローン50は、この通信部58を用いて、管理コンピュータ30から所定の情報を受信する。例えば、点検用空中ドローン50は、管理コンピュータ30が水上風力発電装置2から取得したブレード5の回転周期を示す情報を受信しても良い。
記憶部59は、点検用空中ドローン50の制御に必要な各種情報を記憶する。例えば、記憶部59には、ブレード5の画像などを含む点検情報などが記憶される。さらに、記憶部59には、点検用空中ドローン50で観測した風況を示す風況マップが記憶される。なお、記憶部59は、他の点検用空中ドローン50Bで生成した風況マップ、または、管理コンピュータ30で生成した風況マップを記憶しても良い。
位置計測器60(位置推定部)は、点検用空中ドローン50の現在の自己位置を計測(推定)する。この位置計測器60は、例えば、衛星測位システムから受信した電波に基づいて、点検用空中ドローン50の現在の自己位置を計測する。なお、位置計測器60は、水上風力発電装置2または所定の装置から発せられるビーコン信号を受信し、このビーコン信号に基づいて、点検用空中ドローン50の現在の自己位置を計測しても良い。位置計測器60で計測された自己位置は、ドローン制御部64に入力される。なお、本実施形態の「計測」という用語は、所定の機器を用いて直接的に所定の値を取得する意味のみならず、得られた所定の情報に基づいて所定の値を推定する意味を含む。
姿勢計測器61(姿勢推定部)は、点検用空中ドローン50の現在の自己姿勢を計測(推定)する。例えば、姿勢計測器61は、モーションセンサを有する。モーションセンサは、慣性センサ(3軸加速度センサと3軸角速度センサ)と3軸地磁気センサを組み合わせた9軸センサである。このモーションセンサが自己姿勢を計測する。姿勢計測器61で計測された自己姿勢は、ドローン制御部64に入力される。なお、モーションセンサは、重力加速度の計測と、重力が働いている方向、つまり垂直方向(鉛直方向)の検出が行える。また、重力加速度の変化により、機体51が上昇中であるか、降下中であるか、ホバリング中であるかの判定が可能である。
風向計62および風速計63は、水平方向の風向および風速を計測する。例えば、ホバリング中に点検用空中ドローン50は、機体51に搭載された風向計62および風速計63を用いて、水平方向の風向および風速を計測する。
なお、点検用空中ドローン50は、機体51が水平方向に移動中であるときに、風向計62および風速計63を用いて、機体51と周囲の気流との関係を示す、相対的な移動方向および相対速度を計測しても良い。この計測に基づいて飛行の制御が行われても良い。また、風向計62および風速計63で計測した水平方向の風向および風速は、ドローン制御部64に入力される。
ドローン制御部64は、点検用空中ドローン50を統括的に制御する。ドローン制御部64は、例えば、管理コンピュータ30から点検用空中ドローン50の目標位置または飛行経路を指示する情報を受信する。ドローン制御部64は、この目標位置または飛行経路に基づいて、点検用空中ドローン50の飛行速度などの制御を行う。
本実施形態のドローン制御部64は、プロセッサおよびメモリなどのハードウェア資源を有し、CPUが各種プログラムを実行することで、ソフトウェアによる情報処理がハードウェア資源を用いて実現されるコンピュータで構成される。さらに、本実施形態の風車点検方法は、各種プログラムをコンピュータに実行させることで実現される。
ドローン制御部64の各構成は、必ずしも1つのコンピュータに設ける必要はない。例えば、1つのドローン制御部64が、ネットワークで互いに接続された複数のコンピュータで実現されても良い。例えば、ドローン制御部64が行う一部の制御を、遠隔地にある管理コンピュータ30が行っても良い。
ドローン制御部64は、機体51がホバリングをしているときにメインロータ52で発生させている推力に基づいて垂直方向(上下方向)の風速を計測する。なお、本実施形態では、メインロータ52で発生させている推力が、モータ53の回転数から推定される。このようにすれば、風速計63では直接測定することができない垂直方向の風速も計測することができる。
本実施形態では、風向計62および風速計63を用いた水平方向の風向および風速の計測のみならず、垂直方向の風速の計測も行うことができる。そのため、機体51の周囲の3次元的な風Wの流れを観測することができる。なお、垂直方向の風速の計測には、垂直方向の風向、つまり上昇気流または下降気流の計測が含まれる。また、上昇気流をプラスの値として記録し、下降気流をマイナスの値として記録しても良い。例えば、風速「5m/s」の下降気流を、風速「-5m/s」の上昇気流として記録しても良い。
例えば、無風状態のときに一定の高度に機体51をホバリングさせるときのモータ53の回転数を示す基準値があるとする。ここで、機体51のホバリング中において、モータ53の回転数が基準値よりも高い場合は、機体51の周囲に下降気流が生じていると推定する。一方、モータ53の回転数が基準値よりも低い場合は、機体51の周囲に上昇気流が生じていると推定する。
ドローン制御部64は、機体51の飛行を制御する。ここで、メインロータ52を回転させたときに発生する推力と反力によって、機体51の移動方向または位置が制御される。このドローン制御部64は、例えば、位置計測器60で計測した自己位置と姿勢計測器61で計測した自己姿勢に基づいて、飛行中に機体51が安定するように制御を行う。ここで、ドローン制御部64は、モータ53の回転数を制御する。なお、モータ53の回転数は、現状の機体51と周囲の気流に応じて適宜調整される。
ドローン制御部64は、機体51がホバリング中であるときに、モータ53の回転数に基づいて、垂直方向の風速を計測する。ここで、ドローン制御部64は、計測された垂直方向の風速を取得するとともに、垂直方向の風速も取得する。
なお、機体51がホバリング中であるか否かの判定は、位置計測器60が計測した自己位置に基づいて行っても良いし、姿勢計測器61のモーションセンサが計測した重力加速度に基づいて行っても良い。
また、ドローン制御部64は、計測した風向と風速に基づいて、風況マップを生成する。ここで、風況マップは、点検用空中ドローン50で計測した風向と風速に基づいて、3次元空間における座標ごとに風況を記録したものである。
なお、ドローン制御部64が風況マップを生成する態様には、他の点検用空中ドローン50Bで観測した風況、水上風力発電装置2で観測した風況、または、管理コンピュータ30で取得した風況に基づいて、風況マップを生成する態様を含む。
また、ドローン制御部64は、風況マップに基づいて機体51の飛行を制御する。このようにすれば、風向と風速が変化する環境においても、点検用空中ドローン50が安定した飛行を行うことができる。また、風向と風速の計測結果を飛行制御に反映することで、強風またはランダムに変化する風況の下でも安定して飛行を行うことができる。
点検用カメラ54は、ドローン制御部64により制御される。この点検用カメラ54による撮影は、自律制御また遠隔制御により行われる。点検用カメラ54で撮影された画像は、ドローン制御部64に入力される。なお、ドローン制御部64は、取得した画像を記憶部59に記憶する。また、ドローン制御部64は、取得した画像を管理コンピュータ30に送る。風車点検システム1の管理者(ユーザ)は、点検用空中ドローン50から送られた画像を用いて、水上風力発電装置2を点検することができる。特に、それぞれのブレード5の状態を把握することができる。
なお、本実施形態では、ドローン制御部64が自動的に点検用空中ドローン50を制御する態様を例示するが、その他の態様であっても良い。例えば、ドローン制御部64は、風車点検システム1の管理者(ユーザ)の入力操作を受け付けて点検用空中ドローン50を制御するようにしても良い。つまり、ドローン制御部64は、管理者の手動操作により点検用空中ドローン50を制御するための遠隔操作部でも良い。
本実施形態では、複数の点検用空中ドローン50(図1)が設けられ、一方の点検用空中ドローン50A(または50B)により得られた情報に基づいて、他方の点検用空中ドローン50B(または50A)の動作が制御される。このようにすれば、複数の点検用空中ドローン50A,50B同士が、互いに協調して水上風力発電装置2の点検を行うことができる。
例えば、一方の点検用空中ドローン50Aが、点検用機器としての3次元レーザスキャナ(図示略)などを用いて、他方の点検用空中ドローン50Bの位置を検出する。さらに、水上風力発電装置2の位置も検出する。一方の点検用空中ドローン50Aは、他方の点検用空中ドローン50Bおよび水上風力発電装置2と最も近い位置にあるため、これらの正確な位置を検出することができる。これらの位置を示す情報は、他方の点検用空中ドローン50Bに送られる。そして、他方の点検用空中ドローン50Bは、水上風力発電装置2との正確な位置関係を把握して飛行を行うことができる。
次に、本実施形態の点検用空中ドローン50を用いて行う水上風力発電装置2の点検態様について図4から図5を参照して説明する。なお、2台の点検用空中ドローン50を用いて行う点検態様を例示するが、点検に用いる台数は特に限定されるものではなく、1台の点検用空中ドローン50で点検を行っても良い。
本実施形態では、複数の点検用空中ドローン50A,50Bを1つの水上風力発電装置2(図1)の正面側と背面側に配置し、それぞれの点検用空中ドローン50A,50Bで風力発電装置の点検を行う。このようにすれば、ブレード5のプレッシャーサイドとサクションサイドを同時に点検することができるため、点検にかかる時間を短縮することができる。
図4に示すように、それぞれの点検用空中ドローン50は、水上風力発電装置2の複数のブレード5が風を受けて回転しているときに、点検用空中ドローン50がブレード5から一定の離間距離を維持しつつ、ブレード5の長手方向に対応している方向に沿って飛行する。
ここで、ブレード5の長手方向に対応している方向とは、プロペラ型風車の場合、その径方向である。つまり、ハブ4を中心としてブレード5が延びる方向である。ブレード5は、常に回転しているため、例えば、点検用空中ドローン50は、ハブ4(ナセル6)の高さ(ブレード5の回転中心)から水平方向に直線的に移動すれば、ブレード5が延びる方向に沿って移動されることになる。また、点検用空中ドローン50は、ハブ4の位置から垂直方向に直線的に移動しても、ブレード5が延びる方向に沿って移動されることになる。
なお、ハブ4を中心として点検用空中ドローン50が移動される必要はなく、ハブ4よりも高い位置または低い位置で点検用空中ドローン50が移動されても良い。また、点検用空中ドローン50は、水平方向または垂直方向に直線的に移動する必要はなく、斜め方向に直線的に移動しても良い。
そして、点検用空中ドローン50に搭載された点検用カメラ54は、ブレード5がその正面側を横切る度にブレード5の撮影を行う。なお、点検用空中ドローン50の飛行の制御および点検用カメラ54の撮影の制御は、ドローン制御部64(図3)により行われる。
本実施形態では、ブレード5の部分を複数の区画Kに分けて撮影を行う。点検用カメラ54(点検用機器)の画角である撮影範囲R(情報取得範囲)は、ブレード5のそれぞれの区画Kに対応している。1枚のブレード5が7つの区画Kに分けられている場合には、正面側を7つの撮影範囲Rに分けて撮影を行う。
ブレード5の表面には、ブレード5の部分、つまり、それぞれのブレード5のそれぞれの区画Kを識別可能な特定被写体としての点検用マーカ12が予め設けられている。例えば、複数の点検用マーカ12が、ブレード5の長手方向に沿って直線的かつ等間隔に設けられている。
点検用カメラ54がブレード5の表面を撮影したときに、点検用マーカ12が画像に写る。この点検用マーカ12に基づいて、点検用カメラ54で撮影した画像に対応するブレード5の部分を特定することができる。このようにすれば、風車点検システム1の管理者(ユーザ)が、ブレード5のいずれの部分を記録した画像であるかを把握することができる。
例えば、点検用マーカ12には、それぞれの点検用マーカ12を個々に識別可能な被写体識別情報である被写体IDが登録されている。管理コンピュータ30(図3)は、点検用空中ドローン50からブレード5の画像を取得したときに、画像に写る点検用マーカ12から被写体IDを特定し、この被写体IDに対応付けて画像をデータベースに記憶する。ブレード5のそれぞれの部分を写した画像は、それぞれの被写体IDに対応付けられているため、後日、管理者がデータベースから必要な画像を検索して抽出することができる。
なお、本実施形態では、点検の基準となる特定被写体としての点検用マーカ12を例示しているが、その他の態様であっても良い。例えば、ブレード5を製造する(組み立てる)ために、ブレード5を構成する部品に予め設けられた所定の表記(例えば、部品番号)を特定被写体としても良い。
なお、ハブ4、ナセル6およびタワー7にも点検用マーカ13が設けられている。点検用カメラ54は、ハブ4、ナセル6およびタワー7を撮影し、これらの点検を行っても良い。
また、点検用マーカ12を用いずに、点検用カメラ54でブレード5を撮影したときの点検用空中ドローン50の位置とブレード5の回転周期に基づいて、点検用カメラ54で撮影した画像に対応するブレード5の部分を特定しても良い。なお、この特定する処理は、点検用空中ドローン50のドローン制御部64が行っても良いし、管理コンピュータ30が行っても良い。
例えば、点検用空中ドローン50は、同調装置55を用いて、ブレード5の回転周期を取得する。追加的または代替的に、点検用空中ドローン50は、管理コンピュータ30からブレード5の回転周期を受信する。
ここで、回転している3枚のブレード5を連続して撮影した場合には、3画像ごとに同一のブレード5が写ることになるので、いずれのブレード5を撮影したものであるかを特定することができる。さらに、撮影したときの点検用空中ドローン50の位置に基づいて、ブレード5のいずれの区画Kを撮影したものであるかを特定することができる。そして、管理コンピュータ30は、それぞれの区画Kに対応付けて画像をデータベースに記憶する。このようにすれば、風車点検システム1の管理者(ユーザ)が、ブレード5のいずれの部分を記録した画像であるかを把握することができる。
図5に示すように、本実施形態では、水上風力発電装置2の正面側と背面側のそれぞれにおいて、ブレード5のピッチ角θ1に対応する方向であり、かつブレード5の幅方向の延長線上に点検用空中ドローン50がそれぞれ配置される。このようにすれば、ブレード5のリーディングエッヂとトレーディングエッヂの状態を点検することができる。
なお、それぞれの点検用空中ドローン50の位置は、ブレード5のピッチ角θ1の延長線上の所定の角度範囲θ2に収まっていれば良い。この角度範囲θ2は、点検用カメラ54の画角である撮影範囲R(図4)、または、点検用カメラ54のパン・チルト・ズームが可能な範囲に基づいて、適宜設定される。
本実施形態では、水上風力発電装置2を点検するために、ブレード5を固定する必要がないため、回転をロックする作業が不要であり、点検コストを削減することができる。また、発電を継続することができる。また、点検用空中ドローン50が、直線的な経路で飛行するだけで済み、ブレード5の回りを複雑な経路で飛ぶ必要がなく、飛行の制御を簡素化することができる。さらに、点検用空中ドローン50の自律制御により無人でも点検が可能であり、かつ点検にかかる時間の短縮とコストダウンを図ることができる。
なお、本実施形態では、水上に設けられる水上風力発電装置2を例示しているが、その他の態様であっても良い。例えば、本実施形態が、陸上に設けられる風力発電装置に適用されても良い。つまり点検用空中ドローン50が陸上の風況を観測するものでも良く、この点検用空中ドローン50の観測結果に基づいて、陸上に設けられる風力発電装置が制御されても良い。
なお、本実施形態では、水上風力発電装置2として、揚力型風車であり、かつ水平軸風車であるアップウインド型のプロペラ型風車を例示しているが、その他の態様であっても良い。例えば、水上風力発電装置2が、ダウンウインド型のプロペラ型風車であっても良い。また、水上風力発電装置2が、揚力型風車であり、かつ垂直軸風車であるダリウス型風車、ジャイロミル型風車、垂直翼型風車であっても良い。また、水上風力発電装置2が、抗力型風車であり、かつ垂直軸風車であるサボニウス型風車、パドル型風車、クロスフロー型風車、S字ロータ型風車であっても良い。また、水上風力発電装置2が、揚力型風車であり、かつ水平軸風車または垂直軸風車であるマグナス型風車であっても良い。
本実施形態のシステム、例えば、管理コンピュータ30は、専用のチップ、FPGA(Field Programmable Gate Array)、GPU(Graphics Processing Unit)、またはCPU(Central Processing Unit)などのプロセッサを高集積化させた制御装置と、ROM(Read Only Memory)またはRAM(Random Access Memory)などの記憶装置と、HDD(Hard Disk Drive)またはSSD(Solid State Drive)などの外部記憶装置と、ディスプレイなどの表示装置と、マウスまたはキーボードなどの入力装置と、通信インターフェースとを備える。このシステムは、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成で実現できる。
なお、本実施形態のシステム、例えば、風車制御装置11、管理コンピュータ30およびドローン制御部64で実行されるプログラムは、ROMなどに予め組み込んで提供される。もしくは、このプログラムは、インストール可能な形式または実行可能な形式のファイルでCD-ROM、CD-R、メモリカード、DVD、フレキシブルディスク(FD)などのコンピュータで読み取り可能な非一過性の記憶媒体に記憶されて提供するようにしても良い。
また、このシステムで実行されるプログラムは、インターネットなどのネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせて提供するようにしても良い。また、このシステムは、構成要素の各機能を独立して発揮する別々のモジュールを、ネットワークまたは専用線で相互に接続し、組み合わせて構成することもできる。
なお、本実施形態では、複数の点検用空中ドローン50を用いる形態を例示したが、単体の点検用空中ドローン50を用いる形態でも良い。例えば、自機の信号発信部56から発したタイミング信号Tがブレード5で反射された場合に、このタイミング信号Tを自機の信号受信部57で検出されるように構成しても良い。そして、このタイミング信号Tの反射に基づいて、ブレード5の回転周期を取得しても良い。このようにすれば、単体の点検用空中ドローン50でも前述の形態と同様の効果を得ることができる。
以上説明した実施形態によれば、風力発電装置の複数のブレードが風を受けて回転しているときに、点検用空中ドローンがブレードから一定の離間距離を維持しつつブレードの長手方向に対応している方向に沿って飛行することにより、風力発電装置の回転しているブレードを停めずに点検を行うことができ、点検作業のコストを低減するとともに、点検中に発電を継続することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態またはその変形は、発明の範囲と要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
1…風車点検システム、2…水上風力発電装置、3…海洋、4…ハブ、5…ブレード、6…ナセル、7…タワー、8…浮体、9…係留索、10…送電ケーブル、11…風車制御装置、12,13…点検用マーカ、30…管理コンピュータ、50…点検用空中ドローン、51…機体、52…メインロータ、53…モータ、54…点検用カメラ、55…同調装置、56…信号発信部、57…信号受信部、58…通信部、59…記憶部、60…位置計測器、61…姿勢計測器、62…風向計、63…風速計、K…区画、R…撮影範囲、T…タイミング信号、W…風。
Claims (8)
- 自律制御または遠隔操作により無人で飛行が可能な点検用空中ドローンを用いて風力発電装置の点検を行う方法であり、
前記風力発電装置の複数のブレードが風を受けて回転しているときに、前記点検用空中ドローンが前記ブレードから一定の離間距離を維持しつつ前記ブレードの長手方向に対応している方向に沿って飛行し、
前記点検用空中ドローンに搭載された点検用機器の情報取得範囲を前記ブレードが横切る度に、前記点検用機器で前記ブレードの状態を示す情報を取得する、
風車点検方法。 - 前記風力発電装置がプロペラ型風車であり、
前記ブレードの長手方向が前記プロペラ型風車の径方向であり、
前記ブレードのピッチ角に対応する方向であり、かつ前記ブレードの幅方向の延長線上に前記点検用空中ドローンを配置する、
請求項1に記載の風車点検方法。 - 複数の前記点検用空中ドローンを1つの前記風力発電装置の正面側と背面側に配置し、それぞれの前記点検用空中ドローンで前記風力発電装置の点検を行う、
請求項1または請求項2に記載の風車点検方法。 - 一方の前記点検用空中ドローンにより得られた情報に基づいて、他方の前記点検用空中ドローンの動作が制御される、
請求項3に記載の風車点検方法。 - 一方の前記点検用空中ドローンから他方の前記点検用空中ドローンに向けてタイミング信号を発信し、
前記点検用空中ドローン同士の間を前記ブレードが横切る度に遮断される前記タイミング信号に基づいて、他方の前記点検用空中ドローンの前記点検用機器の情報取得のタイミングを制御する、
請求項3または請求項4に記載の風車点検方法。 - 前記点検用機器が少なくともカメラを含み、
前記ブレードの表面に前記ブレードの部分を識別可能な特定被写体が設けられており、
前記点検用機器が前記ブレードの状態を示す情報を取得したときに前記カメラで撮影された前記特定被写体に基づいて、前記点検用機器で取得した情報に対応する前記ブレードの部分を特定する、
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の風車点検方法。 - 前記点検用機器で前記ブレードの状態を示す情報を取得したときの前記点検用空中ドローンの位置と前記ブレードの回転周期に基づいて、前記点検用機器で取得した情報に対応する前記ブレードの部分を特定する、
請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の風車点検方法。 - 自律制御または遠隔操作により無人で飛行が可能な点検用空中ドローンと、
前記点検用空中ドローンに搭載された点検用機器と、
ドローン制御部と、
を備え、
前記ドローン制御部は、
風力発電装置の複数のブレードが風を受けて回転しているときに、前記点検用空中ドローンが前記ブレードから一定の離間距離を維持しつつ前記ブレードの長手方向に対応している方向に沿って飛行する制御を行い、
前記点検用機器の情報取得範囲を前記ブレードが横切る度に、前記点検用機器で前記ブレードの状態を示す情報を取得する制御を行う、
ように構成されている、
風車点検システム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021185262A JP2023072593A (ja) | 2021-11-12 | 2021-11-12 | 風車点検方法および風車点検システム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021185262A JP2023072593A (ja) | 2021-11-12 | 2021-11-12 | 風車点検方法および風車点検システム |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2023072593A true JP2023072593A (ja) | 2023-05-24 |
Family
ID=86424322
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021185262A Pending JP2023072593A (ja) | 2021-11-12 | 2021-11-12 | 風車点検方法および風車点検システム |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2023072593A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117316041A (zh) * | 2023-09-18 | 2023-12-29 | 广东电网有限责任公司广州供电局 | 智能机巡专用杆塔标示牌及其控制方法 |
-
2021
- 2021-11-12 JP JP2021185262A patent/JP2023072593A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117316041A (zh) * | 2023-09-18 | 2023-12-29 | 广东电网有限责任公司广州供电局 | 智能机巡专用杆塔标示牌及其控制方法 |
CN117316041B (zh) * | 2023-09-18 | 2024-03-26 | 广东电网有限责任公司广州供电局 | 智能机巡专用杆塔标示牌及其控制方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20220003213A1 (en) | Unmanned Aerial Vehicle Wind Turbine Inspection Systems And Methods | |
CN110603379B (zh) | 用于风力设备检查工具的检查工具控制装置 | |
DK2702382T3 (en) | METHOD AND SYSTEM FOR INSPECTION OF A SURFACE ERROR FOR MATERIAL ERROR | |
AU2017206097B2 (en) | Systems and methods for taking, processing, retrieving, and displaying images from unmanned aerial vehicles | |
US9759200B2 (en) | Wind tower and wind farm inspections via unmanned aircraft systems | |
JP2018021491A (ja) | システム及び飛行ルート生成方法 | |
JP7188832B1 (ja) | 無人飛行体、および、風力発電設備の点検システム、並びに、風力発電設備の点検方法 | |
US11721222B2 (en) | Ruggedized autonomous helicopter platform | |
US9886864B1 (en) | Methods for aerial avoidance | |
US20190084676A1 (en) | Systems and methods for providing visual identification of a wind turbine flow field | |
Donnell et al. | Wind characterization using onboard IMU of sUAS | |
CN113187671B (zh) | 一种应用无人机进行风轮偏航角的确定方法 | |
JPWO2020105183A1 (ja) | 情報処理システム、情報処理方法及びプログラム | |
JP2020173138A (ja) | 風向風速計測方法及び風向風速計測システム | |
JP2023072593A (ja) | 風車点検方法および風車点検システム | |
JP7536664B2 (ja) | 風力発電設備の点検方法 | |
JP2023072589A (ja) | 風況観測用空中ドローン、風況観測方法、風力発電システムおよび風力発電方法 | |
CN115143056B (zh) | 风力发电机的停机姿态参数测量方法及装置 | |
JP2023142659A (ja) | 風車を点検するデータの取得方法、当該取得方法をコンピュータに実行させるプログラム、および、無人航空機 | |
CN205594459U (zh) | 基于机器视觉的无人机定位着降系统 | |
WO2024004155A1 (ja) | 風力発電装置の位置を推定するためのシステム、サブシステム、方法、プログラム及びプログラムを記憶した記憶媒体 | |
JP7540656B1 (ja) | ブレード撮像システム及びブレード撮像方法 | |
ES2796964B2 (es) | Vehiculo aereo, procedimiento y sistema para la inspeccion de palas de aerogeneradores en movimiento | |
JP2023072592A (ja) | 動揺する対象物の点検装置及び動揺する対象物の点検方法 | |
JP2024021143A (ja) | 3次元データ生成システム、及び3次元データ生成方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20240311 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20240731 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240806 |