ネットワーク伝送技術のリレーで風力発電所の管理をより身近に(中国)

風力発電:空気の揚力と抵抗を利用した無公害発電

風力エネルギーは最もクリーンなエネルギー源の1つで、昔は水を汲み上げたり、小麦粉を粉にしたりしていましたが、最近では発電に利用されています。風力発電所は、多くの場合、巨大な風車があちこちに散らばっている平らで広い地域に設置されています。風が羽根車(インペラ)に向かって吹くときはいつでも、特定の形状設計のブレードが空気に持ち上げ力と抵抗を生成させ、両方とも空気力学によって巨大なインペラを車輪のように回転させ、風力エネルギーを機械的エネルギーに変換します。

風力タービンは、この羽根車の力学的エネルギーを利用して電力に変換し、私たちの日常生活や産業で使用される電源の1つになります。統計的には、風力発電は中国の西北送電網の第2位の電源となっており、低効率発電としての風力発電は昔からの固定観念となっていることを意味しています。近年、中国は風力発電を飛躍的に発展させただけでなく、先進国でも昔の陸上から洋上まで風力発電所を活用しており、風力発電は無公害のエネルギー産業として世界の注目を集めています。

管理上の困難:高さ数百メートルの風力タービンが、内陸および沖合の遠隔地に散在

風力発電所は年々普及し洗練されてきており、既存の風力発電の数はすぐに新しいものをはるかに超えることになります。既存の風力タービンが主流となった場合、運転効率が悪いとスループットに大きな影響を与えるため、風力発電所の長期的なO&M(オペレーション&メンテナンス)の計画が近年人気のあるトピックとなっています。しかし、これらの巨大な風力発電所は、高さが平均100mで、すべてのリモートまたは海の上に位置し、管理者は、効果的なだけでなく、タイムリーなO&Mを実装するためには何をすべきでしょうか?

DAQ とネットワーク伝送技術を活用し、インテリジェントな監理ソリューションを構築

安徽省のクライアントの1つは、風力発電所の所有者が運用と保守の問題を簡単に解決できるように、「風力タービンユニット:統合スマート監視ソリューション」を立ち上げました。 風力タービンに取り付けられたセンサは、トランスミッションチェーン、ギアボックスの潤滑油、ブレード、タワーバレル、ボルトなどの主要コンポーネントの動作状態をリアルタイムで収集します。また、タービン内部のDAQコンポーネントは、多様なデータ収集技術を駆使してそれぞれのデータを取得し、高所から地上や遠隔地のコントロールセンターに転送します。

環境の課題:極端に狭い空間、激しいEMI、極端な温度

初期に設計された風車は、必ずしもセンシング装置や通信装置を装備するための追加のスペースを備えているわけではありません。同時に、風車内の発電機は電磁界を蓄積し、近隣の送電設備に干渉を与える傾向があります。熱帯国の風車は昼間の日差しの影響を受けやすく、内部温度が飛躍的に上昇する一方、高緯度地域の風車は夜間の寒さに悩まされます。このような極端な気温や干渉の強い通信環境下では、一般的な市販のネットワーク製品では、安定したデータ通信を維持することができません。このため、風力発電所の特定の通信要件に対応するため、クライアントは安定した信頼性の高い産業グレードのネットワーク機器を期待して、アドバンテックよりソリューションを依頼しました。

デバイス割り当てのコツ:前面に無線デバイス / 背面と地面に有線デバイス

クライアントとの協議の結果、アドバンテックの担当チームは、風力タービンが「正面の回転ゾーン」と「中・背面の発電機ゾーン」という2つの部分に分かれていることに気付きました。クライアントのDAQデバイスは、主にパワートレインやギアの動的データを収集できるよう風車の回転ゾーン内に設置されているため、これらのデバイスから取得したデータを収集するため無線伝送を必要とします。また、中・後部の発電機ゾーンは、回転部はないが発電機からの厳しい EMI が多いため、有線伝送が適していると考えていました。アドバンテックは、お客様のニーズと現場調査の結果を総合的に勘案し、中・後部セクションに産業用無線 AP を設置し、回転ゾーンからの監視データを無線通信で受信することを推奨しました。その後、AP 上のイーサネットポートは、メディアとリアセクションにも位置するイーサネットスイッチにデータを送信する目的で使用されます。このイーサネットスイッチは、さらに地上に設置された別のイーサネットスイッチにデータを引き渡し、さらに長距離伝送を行うため、地上に設置された別のイーサネットスイッチにデータを引き渡します。


産業用ワイヤレスAPの推奨機器:アドバンテック EKI-6333AC シリーズ

アドバンテックの産業用無線 AP EKI-6333AC シリーズは、2.4 / 5 GHz の2つの周波数帯で動作し、異なる属性のデータを2つの転送グループに分割することができます。追加のイーサネットポートにより、イーサネットスイッチとの銅線接続が可能です。端子台で設計された電源は、バックアップ機構のために2セットの 12-18 VDC 入力に対応しています。DINレール設計により、風力タービン内部への設置が容易です。産業用ハウジングは EMI 耐性を高め、その放熱設計は -45℃ から 75℃ までの使用温度範囲を可能にします。以上の特性により、風車フロントエンドの DAQ 機器で取得したデータを EKI-6333AC でリアルタイムに無線受信することができます。

産業用イーサネットスイッチの推奨機器:アドバンテック EKI-5629CI-MB

EKI-5629CI-MB-AEは、エントリーレベルの新世代マネージドスイッチ製品です。リング、SNMP、IGMPなど、基本的なレイヤ2の管理機能に対応しています。また、Modbus/TCPにも対応し、SCADAとの統合も簡単です。デバイスは、埃の多い産業現場環境から保護できるIP30規格のコンパクトな金属製ハウジングが付属しています。入力電源(8.4~52.8 VDC)が幅広いため、不安定な電力と険しい環境のエリアでの使用に適しています。

安定した信頼性の高いネットワーク展開を提供し、インテリジェントな監視ソリューションを実現

アドバンテックの産業用無線 AP:『EKI-6333AC シリーズ』とベーシックマネージドスイッチ:『EKI-5629CI-MB』は、データ伝送において重要な役割を果たし、クライアントが風力タービンを監視するための統合されたインテリジェントなソリューションを可能にします。これまでに、アドバンテックの産業用ネットワーク製品を搭載した何百ものインテリジェントな監視ソリューションは、中国全土の風力発電所に設置されています。これらのソリューションは、風力発電所の運転状況を直接制御し、管理者と機器の間の距離を短縮するために、管理者のためのリアルタイム監視の窓を開きました。定期的な巡回検査のための人手と費用を大幅に削減するだけでなく、機器の監視品質を向上させることにつながりました。また、障害をリアルタイムで特定し、故障したコンポーネントのトラブルシューティングや交換を行うためのサービス要員の即時かつ高度な配置、そして「IoTとクラウド管理」への期待を実現した、高効率のウィンドファーム運用が出来上がりました。

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About the Author: Ryoji.Urata

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