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ドローン空撮画像をAIで解析

風力発電機点検業務の革新へ

再生可能エネルギーの1つとして、期待の高まる風力発電。ただし、さらなる活用に向けてクリアすべき課題もある。 その1つが設備保守点検業務だ。 風力発電機巨大建築物であり、点検高所での作業になる。 経験知見を要する専門性が高い作業ゆえ人員確保も難しい。 こうした課題解決のため、電源開発はKDDIとともに、 “空の産業革命”ともいわれるドローンを使った 自動点検実証に取り組んでいる。 ここではその概要成果について紹介したい。

  • ※ 記事内の会社名、部署名、役職名は取材当時のものです。

風のたまものである風力発電、匠 (たくみ) の技にもAIの力を

大雨猛暑大型台風頻発など、急速に進む気候変動――。その一因とされるCO2排出量削減を図り、いかに持続可能社会実現目指すか。これはSDGsの重要な柱の1つであり、世界共通課題である。日本政府温室効果ガス排出量を2050年までに実質ゼロにする「カーボンニュートラル」や脱炭素社会実現宣言した。この取り組みに欠かせないのが再生可能エネルギー導入であり、その1つが、風力発電だ。CO2や有害物質排出せず、風があれば発電できる。

実際風力発電設備容量毎年右肩上がりで増え続け、国際エネルギー機関 (IEA) の発表によれば、2020年は世界風力発電設備前年比伸び率が8%と予想されている。日本でも風力発電設備増加傾向にある。日本風力発電協会 (JWPA) によれば、国内累計導入は2019年12月末で3,923MW (392.3万kW)・2,414基、発電所数457発電所であり、標準的原子力発電設備の3個分相当する。

2018年7月発表政府の「第5次エネルギー基本計画」では、2030年に実現目指エネルギーミックス水準として再生可能エネルギー比率現状の約16%から約22~24%を目指すとしており、風力発電への期待も高まる。

風力発電所増加とともに必須となるのが、設備保守点検だ。故障損傷があると、計画どおりの発電ができない。
ブレード (風車羽根) の点検高所作業のため、経験知見を要する専門性が高い人員に限られます」と電源開発 風力事業部宇賀塚 学氏は語る。

地上から望遠カメラでの撮影や、ドローン手動操作して確認する方法もあるが、ブレード一枚一枚をさまざまな角度から網羅的撮影しなければならない。1基当たりの撮影枚数は200枚から300枚に及び、撮影画像技術者が一つ一つチェックしていくのは、大変手間時間がかかる。点検作業比較的風が穏やかな春から夏にかけて実施時期が限られる。また手動操縦ドローンは、作業進捗パイロットスキル左右され、かつ熟練者も少ないため、手配調整困難を極める。

ドローンとAIの活用により3時間の作業が20分で完了

風力発電設備点検作業をより効率的実施する。この実現に向けて、電源開発はKDDIとの共創で、ドローンを用いた自動点検実証に取り組んでいる。
具体的には自動撮影可能オートフライトソフト搭載したドローンを使って、遠隔操作によるブレード点検を行う。停止中風力発電機ブレード中心位置からドローン自律飛行し、ブレード3枚をそれぞれ4方向から自動撮影する。撮影終了後画像処理ソフトを使って撮影位置高度情報付加し、クラウドアップロード。AIベース画像解析ソフトにより損傷箇所解析する仕組みだ。

すでに、せたな大里ウインドファーム発電所 (北海道) 、苫前ウィンビラ発電所 (北海道) 、南愛媛風力発電所 (愛媛県)の3地点・計47基を対象に、2020年9月1日から同9月30日まで試験運用実施一連作業フロー損傷部識別正確性などを確認するのが狙いだ。

その結果自動点検十分有効性確認できたという。
従来方法による点検業務は1基だけで最低3時間はかかっていましたが、それが20分程度で済みます。従来手法比較し、作業時間は10分の1程度劇的短縮できました」と宇賀塚氏は語る。

撮影された写真非常高精細だ。風の影響を受けて撮影場所ズレたりピントが合わなかったりすると正確判断が難しくなる。

当初そのことを懸念していましたが、高所で人が接写した写真と比べても遜色がありません。これは大きな驚きでした」と宇賀塚氏評価する。

1基当たり数百枚にもなる撮影写真を人が確認するのは大変手間だが、画像解析ソフトを使えば瞬時異常を見つけられる。解析精度ベテラン技術者目視確認に引けを取らないという。
作業大幅スピードアップし、確認の抜け・漏れもありませんでした」と宇賀塚氏は話す。

電源開発株式会社
風力事業部 技術室 (保守基盤高度化)

宇賀塚 学 氏

活動をトータルにサポートし1カ月で47基の点検を実施

KDDIは電源開発とともに2019年4月ごろから設備点検高度化に向けた取り組みを進めてきた。
当社プラットフォームドローン関連技術知見と電源開発様の設備点検に関する現場ノウハウ融合させ、設備点検の新しいカタチをつくりたい。そのような思いで、最新ドローン活用した自動点検をご提案したのです」とKDDIの開居 泰昌経緯を述べる。

なぜ共創パートナーとしてKDDIが選定されたのか。
その理由について、電源開発 デジタルイノベーション部の田中 克郎氏は次のように述べる。
「KDDIは技術力ケイパビリティが高く、ドローンはもちろんのこと、その遠隔操作を支えるネットワーク画像データ蓄積するクラウド環境解析用ソフトウエアまでワンストップ提供できる。モバイル通信による自律飛行遠隔監視制御実現するための『スマートドローンプラットフォーム』を展開し、さまざまな革新にも取り組んでいます。そうした観点から、新しい価値創出をともに目指せると考えました」

電源開発株式会社
デジタルイノベーション部
ネットワークシステムセンター (ネットワーク技術)
統括マネージャー
兼 プロジェクト室

田中 克郎 氏

電源開発株式会社
デジタルイノベーション部
ネットワークシステムセンター (ネットワーク技術)
兼 プロジェクト室

杉山 豪 氏

モバイル通信ドローン提供エリアカバレッジの広さも大きな選定ポイントとなった。なぜなら風力発電設備全国展開しているからである。
実証プロジェクトはもちろん、実用化する場合電波状況を気にせず、全国どこでも安心して利用できます」と電源開発杉山 豪氏は話す。

点検作業中風力発電機稼働を止めなければならず、季節要因人員手配などの理由から実施時期も限られる。
キックオフから実証実施まで1カ月程度しかありませんでしたが、KDDIはその期限内必要な全ての機材インフラ用意し、3地点・計47基の点検作業実施できる環境を整えてくれました。おかげで実証トラブルなく順調に進みました」と杉山氏は続ける。

無人自動操縦ドローンの開発や、5G通信・4K映像の活用を推進

今回実証によって、電源開発では、点検業務革新に向けた手応えをつかみつつある。
オートフライト技術利用すれば、ドローン高度操作技術がなくても、簡単設定ブレード点検できます。限られた人員作業できるので、スケジュール調整人員手配もやりやすくなるはずです」と宇賀塚氏期待を寄せる。

高所でのロープワークによる近接撮影頻度削減につながれば、人員確保負担軽減する。また、落雷などの緊急時でも、ドローン自律飛行とAIによる画像解析可能となれば迅速点検期待できるだろう。

KDDI株式会社
ソリューション事業本部
ソリューション営業本部
エネルギー・運輸営業部 営業2グループ 課長補佐

開居 泰昌

今回ブレード点検中心であったが、タワーを含めた風力発電機全体撮影できることも分かった。活用次第で、より幅広箇所点検できる。
点検作業高度化効率化により、発電設備稼働率も上がることで、安定的電力供給可能になり、事業継続性向上につながります」と田中氏メリットを述べる。

また、風力発電設備容量拡大に向けて、今後洋上での風力設備建設ポイントとなる。恒常的な風の発生期待でき、地上建築物との干渉もなく、設備大型化できるからである。しかし、海岸から数キロも離れている設備もあり、現場に行くだけでも一苦労で、作業難易度も増す。
洋上風力発電設備拡大見据え、電源開発様とともに実証実験を重ね、さらに高度化したドローン点検開発データ循環 (分析) によるリカーリングモデルなどを一緒に考えて点検作業品質向上を図っていきたいです」と開居は話す。

さらにKDDIは5G通信や4K映像活用、AIの高度化にも取り組んでいる。
モバイル通信を5G化し、リアルタイム画像取得点検箇所を4Kで撮影すれば、より高精細画像でAI解析を行えます。損傷箇所把握だけでなく、故障する前にリスク予測する予防保全可能になるでしょう。また、無人風力発電設備における巡回監視としてもドローン使用した自動フライト遠隔操縦における活用期待できます。その実現に向けて、スマートドローンプラットフォームを軸に、今後電源開発様とともに進めてまいります」とKDDIの鈴木 真理子は話す。

電源開発もKDDIとの共創に大きな期待を寄せている。
将来的にはドローン無人自動操縦による設備点検実現したい。さらに自社点検ノウハウ活用発展させ、AIによる画像解析内製化目指します。また他産業への外販視野に、KDDIとの共創設備点検高度化するソリューション開発を進めていけたらよいと思います」と田中氏は話す。

KDDI株式会社
ソリューション事業本部
ソリューション営業本部
エネルギー・運輸営業部 営業2グループ グループリーダー

鈴木 真理子

風力発電事業拡大に弾みをつけた電源開発今後もKDDIとともにドローン活用した自動点検実用化に向けた検討を進め、重要社会課題であるカーボンニュートラル実現貢献していく構えだ。