特開 2024-83164 風力発電装置のメンテナンスシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024083164

(43)【公開日】2024-06-20

(54)【発明の名称】風力発電装置のメンテナンスシステム

(51)【国際特許分類】

   F03D 17/00 20160101AFI20240613BHJP

   F03D 13/25 20160101ALI20240613BHJP

   G01N 21/88 20060101ALI20240613BHJP

   G08B 21/18 20060101ALI20240613BHJP

【ＦＩ】

F03D17/00

F03D13/25

G01N21/88 Z

G08B21/18

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022197529

(22)【出願日】2022-12-09

(71)【出願人】

【識別番号】000005278

【氏名又は名称】株式会社ブリヂストン

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】松本 直樹

【テーマコード（参考）】

2G051

3H178

5C086

【Ｆターム（参考）】

2G051AA88

2G051AB02

2G051AC15

2G051CA04

3H178AA20

3H178AA26

3H178AA43

3H178BB41

3H178BB59

3H178DD52X

3H178DD61Z

3H178DD70X

5C086AA34

5C086BA13

5C086CA13

5C086CA15

5C086CA21

5C086CA28

5C086CB36

5C086DA33

(57)【要約】

【課題】風力発電装置の予防保全、及び異常発生時の迅速な対応を可能にする。
【解決手段】風力発電装置のメンテナンスシステム１０は、弾性材料を用いて中空に形成された浮体１４を有する支持部１６にタワー１８が立設されタワー１８に設けられた風車２０の回転力を受けて発電する風力発電装置のメンテナンスシステムであって、浮体１４に設けられ、浮体１４が受けた外力を見積もるための外力センサ２２と、外力センサ２２からのデータと浮体１４が受けた紫外線暴露量とから浮体１４の劣化状況を予測し、外力センサ２２からのデータと浮体１４の撮影データとから浮体１４の異常を検出する制御部２４と、を有する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

弾性材料を用いて中空に形成された浮体を有する支持にタワーが立設され前記タワーに設けられた風車の回転力を受けて発電する風力発電装置のメンテナンスシステムであって、
前記浮体に設けられ、前記浮体が受けた外力を見積もるための外力センサと、
前記外力センサからのデータと前記浮体が受けた紫外線暴露量とから前記浮体の劣化状況を予測し、前記外力センサからのデータと前記浮体の撮影データとから前記浮体の異常を検出する制御部と、
を有する風力発電装置のメンテナンスシステム。

【請求項2】

前記外力センサは、前記浮体の内圧を検知する圧力センサ、及び前記浮体に設けられた加速度センサの少なくとも一方である、請求項１に記載の風力発電装置のメンテナンスシステム。

【請求項3】

前記外力センサとして、前記浮体に設けられたひずみセンサを更に有する、請求項２に記載の風力発電装置のメンテナンスシステム。

【請求項4】

前記紫外線暴露量として、紫外線センサからのデータ又は気象データを利用する、請求項１に記載の風力発電装置のメンテナンスシステム。

【請求項5】

前記撮影データは、前記風力発電装置に設けられたカメラ、人工衛星のカメラ及びドローンカメラの少なくとも１つから得る請求項１に記載の風力発電装置のメンテナンスシステム。

【請求項6】

前記制御部は、前記浮体の劣化状況及び前記浮体の異常をメンテナンス当事者へ連絡する請求項１～請求項５の何れか１項に記載の風力発電装置のメンテナンスシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、風力発電装置のメンテナンスシステムに係り、特に浮体式洋上風力発電装置のメンテナンスシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

風力発電装置として、例えば、特許文献１に記載の浮体式洋上風力発電装置がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】中国特許第１１００８０９５２号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

洋上風力発電装置は、陸上風力発電装置と比べて効率的な発電や風車の大型化が可能であり、実用化が進んでいる。特に浮体式洋上風力発電装置においては、着床式洋上風力発電のような水深の制限がなく、特に日本のような海洋国においては非常に高いポテンシャルを持った再生可能エネルギーとして注目されている。

【0005】

しかしながら、浮体式の場合、設置場所が沿岸から遠いこともあり、適切なメンテナンス頻度を割り出すことが難しく、また異常発生時における迅速な対応が難しい。また、ドローンによる画像診断を活用したメンテナンス技術が低床されているが、画像解析だけでは正確な診断が難しい。

【0006】

本発明は、風力発電装置の予防保全、及び異常発生時の迅速な対応を可能にすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

第１の態様に係る風力発電装置のメンテナンスシステムは、弾性材料を用いて中空に形成された浮体を有する支持にタワーが立設され前記タワーに設けられた風車の回転力を受けて発電する風力発電装置のメンテナンスシステムであって、前記浮体に設けられ、前記浮体が受けた外力を見積もるための外力センサと、前記外力センサからのデータと前記浮体が受けた紫外線暴露量とから前記浮体の劣化状況を予測し、前記外力センサからのデータと前記浮体の撮影データとから前記浮体の異常を検出する制御部と、を有する。

【0008】

この風力発電装置のメンテナンスシステムでは、弾性材料を用いた浮体の劣化状況を、浮体に設けられた外力センサからのデータと、浮体が受けた紫外線暴露量とからリアルタイムで予測できる。浮体の最適な交換タイミングが分かるので、予防保全が可能である。したがって、設備に異常が発生するリスクを低減できる。

【0009】

また、外力センサからのデータと浮体の撮影データとから、浮体の異常を検出できるので、異常に対して迅速に対応することができる。

【0010】

第２の態様は、第１の態様に係る風力発電装置のメンテナンスシステムにおいて、前記外力センサが、前記浮体の内圧を検知する圧力センサ、及び前記浮体に設けられた加速度センサの少なくとも一方である。

【0011】

この風力発電装置のメンテナンスシステムでは、圧力センサ及び加速度センサの少なくとも一方により、浮体が波や衝突物等から受けた外力を見積もることができる。

【0012】

第３の態様は、第２の態様に係る風力発電装置のメンテナンスシステムにおいて、前記外力センサとして、前記浮体に設けられたひずみセンサを更に有する。

【0013】

この風力発電装置のメンテナンスシステムでは、更に外力センサとしてのひずみセンサにより、浮体が波や衝突物等から受けた外力を見積もることができる。

【0014】

第４の態様は、第１の態様に係る風力発電装置のメンテナンスシステムにおいて、前記紫外線暴露量として、紫外線センサからのデータ又は気象データを利用する。

【0015】

この風力発電装置のメンテナンスシステムでは、紫外線センサからのデータ又は気象データを紫外線暴露量として利用することで、紫外線による浮体の劣化状況を予測することができる。

【0016】

第５の態様は、第１の態様に係る風力発電装置のメンテナンスシステムにおいて、前記撮影データが、前記風力発電装置に設けられたカメラ、人工衛星のカメラ及びドローンカメラの少なくとも１つから得る。

【0017】

この風力発電装置のメンテナンスシステムでは、上記カメラの少なくとも１つにより得られた撮影データから浮体の状況を確認することができる。

【0018】

第６の態様は、第１～第５の態様の何れか１態様に係る風力発電装置のメンテナンスシステムにおいて、前記制御部は、前記浮体の劣化状況及び前記浮体の異常をメンテナンス当事者へ連絡する。

【0019】

この風力発電装置のメンテナンスシステムでは、制御部がメンテナンス当事者に対し、浮体の劣化状況及び浮体の異常を連絡するので、風力発電装置の予防保全及び異常時の迅速な対応を可能にすることができる。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、風力発電装置の予防保全、及び異常発生時の迅速な対応を可能にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】風力発電装置のメンテナンスシステムを模式的に示す図である。

【図2】風力発電装置のメンテナンスシステムを模式的に示す図である。

【図3】制御部の機能を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づき説明する。各図面において同一の符号を用いて示される構成要素は、同一又は同様の構成要素であることを意味する。なお、以下に説明する実施形態において重複する説明及び符号については、省略する場合がある。また、以下の説明において用いられる図面は、いずれも模式的なものであり、図面に示される、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は、現実のものとは必ずしも一致していない。また、複数の図面の相互間においても、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は必ずしも一致していない。

【0023】

図１から図３において、本実施形態に係る風力発電装置のメンテナンスシステム１０は、例えば洋上で使用される浮体式の風力発電装置１２のメンテナンスシステムである。風力発電装置１２では、弾性材料を用いて中空に形成された浮体１４を有する支持部１６にタワー１８が立設されている。弾性材料とは、例えばゴムである。風力発電装置１２は、タワー１８に設けられた風車２０の回転力を受けて発電する。風力発電装置のメンテナンスシステム１０は、外力センサ２２と、制御部２４と、を有している。

【0024】

外力センサ２２は、浮体１４に設けられ、浮体１４が受けた外力を見積もるためのセンサであり、例えば圧力センサ２２Ａ、加速度センサ２２Ｂ及びひずみセンサ２２Ｃの少なくとも１種類が用いられる。外力センサ２２として、圧力センサ２２Ａ、加速度センサ２２Ｂ及びひずみセンサ２２Ｃの何れか１種類を用いてもよいし、２種類又は３種類を用いてもよい。圧力センサ２２Ａは、浮体１４の内圧を検知するセンサである。加速度センサ２２Ｂ及びひずみセンサ２２Ｃは、浮体１４に設けられる。浮体１４が複数設けられている場合には、これらの外力センサ２２は各浮体１４に設けられる。これにより、浮体１４毎に、受けた外力を見積もることが可能となっている。

【0025】

制御部２４は、外力センサ２２からのデータと浮体１４が受けた紫外線暴露量とから浮体１４の劣化状況を予測する。これが、図３における予防保全機能２４Ａである。また制御部２４は、外力センサ２２からのデータと浮体１４の撮影データとから浮体１４の異常を検出する。これが図３における異常発生時通知機能２４Ｂである。つまり、制御部２４は、予防保全機能２４Ａ及び異常発生時通知機能２４Ｂを有する。

【0026】

紫外線暴露量として、例えば紫外線センサ２６からのデータ又は気象データを利用することができる。紫外線センサ２６は、浮体１４、支持部１６、タワー１８等、浮体１４の近傍（浮体１４と同様に紫外線が当たる部位）に設けられる。気象データは、例えば天候や日照時間のデータであり、専門業者から提供される。風力発電装置１２の設置場所の気象データを独自に蓄積して用いてもよい。

【0027】

図２において、撮影データは、風力発電装置１２に設けられたカメラ２８、人工衛星３０のカメラ３２及びドローンカメラ３４の少なくとも１つから得ることができる。カメラ２８は、タワー１８等、浮体１４の近傍に設けられ、例えば昼間の時間帯に浮体１４を常時撮影している。人工衛星３０のカメラ３２は、風力発電装置１２全体、又は浮体１４の部分を撮影する。撮影タイミングは、定期的でもよいし、遠隔地からの操作により任意のタイミングで撮影することもできる。ドローンカメラ３４は、操縦者が遠隔地から、又は風力発電装置１２の近くに赴いて、ドローンを操作して撮影を行う。

【0028】

風力発電装置１２における外力センサ２２（圧力センサ２２Ａ、加速度センサ２２Ｂ、ひずみセンサ２２Ｃ）、紫外線センサ２６、カメラ２８及びドローンカメラ３４からのデータは、通信機３６により通信衛星３１、基地局３８を経由してサーバ４０に送信される。人工衛星３０のカメラ３２からのデータは、通信衛星３１及び基地局３８を経由してサーバ４０に送信される。制御部２４は、例えばこのサーバ４０にインストールされたプログラムにより実現されている。なお、制御部２４（サーバ）をどこに設けるかは任意である。人工衛星３０と通信衛星３１は、１つの人口衛星であってもよい、互いに異なる人工衛星であってもよい。

【0029】

制御部２４は、浮体１４の劣化状況及び浮体１４の異常をメンテナンス当事者へ連絡するように構成されていてもよい。図１には、その連絡の流れと、メンテナンス当事者の動きの一例が示されている。メンテナンス当事者とは、例えばユーザ（発電事業者）４２、部品供給会社４４及び建設会社４６である。サーバ４０（制御部２４）からの連絡は、電気通信回線を通じて、これらのメンテナンス当事者に送信されるようになっている。

【0030】

（作用）
本実施形態は、上記のように構成されており、以下その作用について説明する。図２において、本実施形態に係る風力発電装置のメンテナンスシステム１０では、浮体１４に設けられた外力センサ２２（圧力センサ２２Ａ、加速度センサ２２Ｂ、ひずみセンサ２２Ｃの少なくとも１種類）からのデータと、浮体１４が受けた紫外線暴露量とをモニタリングし、これらのデータから、弾性材料を用いた浮体１４の劣化状況をリアルタイムで予測できる。具体的には、外力センサ２２により、浮体１４が波や衝突物等から受けた外力を見積もることができる。また、紫外線センサ２６からのデータにより、浮体１４が受けた紫外線暴露量を見積もることができる。この際、紫外線センサ２６からのデータ又は気象データを紫外線暴露量として利用することができる。

【0031】

制御部２４は、浮体１４が受けた外力と紫外線暴露量から、浮体１４の劣化状況を予測することができる。これにより、浮体１４の最適な交換タイミングが分かるので、予防保全が可能である。したがって、設備に異常が発生するリスクを低減できる。

【0032】

一方、制御部２４は、外力センサ２２からのデータと浮体１４の撮影データとから、浮体１４の異常を検出できるので、異常に対して迅速に対応することができる。撮影データは、風力発電装置１２に設けられたカメラ２８、人工衛星３０のカメラ３２及びドローンカメラ３４の少なくとも１つから得ることができる。撮影データについては、監視員が目視により異常発生の有無を監視するようにしてもよい。

【0033】

図１において、制御部２４（サーバ４０）からメンテナンス当事者への連絡の流れと、メンテナンス当事者の動きの一例について説明する。異常が発生していないときには、予防保全機能２４Ａ（図３）が機能する。具体的には、制御部２４（サーバ４０）がメンテナンス当事者に対し、浮体１４の劣化状況を連絡する。浮体１４の劣化が進んでいて部品の交換が必要な場合、部品供給会社４４は部品を建設会社４６に送付する。ユーザ４２は、制御部２４（サーバ４０）から連絡を受けてメンテナンスの必要性を認識し、建設会社４６に修理を依頼する。建設会社４６は、制御部２４（サーバ４０）から連絡やユーザ４２の依頼を受けてメンテナンスの必要性を認識し、送付された部品を用いて、浮体１４の修理、交換、補修等のメンテナンスを行うことができる。また、メンテナンスをユーザ４２自身が行う場合もある。この場合、建設会社４６は、部品供給会社４４から送付された部品をユーザ４２に転送する。ユーザ４２は、送付された部品を用いて、浮体１４の修理、交換、補修等のメンテナンスを行うことができる。

【0034】

次に、異常発生時通知機能２４Ｂ（図３）が機能する場合について説明する。この場合も、制御部２４（サーバ４０）がメンテナンス当事者に対し、異常通知の連絡を行う。部品の交換が必要な場合、部品供給会社４４は部品を建設会社４６に送付する。ユーザ４２は、制御部２４（サーバ４０）から連絡を受けて異常発生及び異常発生箇所等を認識し、建設会社４６に修理を依頼する。建設会社４６は、制御部２４（サーバ４０）から連絡やユーザ４２の依頼を受けて異常発生及び異常発生箇所等を認識し、送付された部品を用いて、浮体１４の修理、交換、補修等を行うことができる。また、これらの作業をユーザ４２自身が行う場合もある。この場合、建設会社４６は、部品供給会社４４から送付された部品をユーザ４２に転送する。ユーザ４２は、送付された部品を用いて、浮体１４の修理、交換、補修等を行うことができる。

【0035】

このように、予防保全機能２４Ａと異常発生時通知機能２４Ｂの何れを使用する場合でも、制御部２４（サーバ４０）がメンテナンス当事者に対し、浮体１４の劣化状況及び浮体１４の異常を通知することで、風力発電装置１２の予防保全及び異常時の迅速な対応を可能にすることができる。

【0036】

［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態の一例について説明したが、本発明の実施形態は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

【符号の説明】

【0037】

１０…風力発電装置のメンテナンスシステム、１２…風力発電装置、１４…浮体、１６…支持部、１８…タワー、２０…風車、２２…外力センサ、２２Ａ…圧力センサ、２２Ｂ…加速度センサ、２２Ｃ…ひずみセンサ、２４…制御部、２６…紫外線センサ、２８…カメラ、３２…人工衛星のカメラ、３４…ドローンカメラ、４０…サーバ、４２…ユーザ（メンテナンス当事者）、４４…部品供給会社（メンテナンス当事者）、４６…建設会社（メンテナンス当事者）

【図1】

【図2】

【図3】