資産管理者、運用者、および風力タービンのオペレーターには、2つの主要な目標があります。1）風力タービンの稼働率を最適化すること、2）可能な限りコスト効率の高い保守戦略を実行することです。本記事では、振動モニタリングが風力タービンの稼働率と保守効率の最適化にどのように寄与するかを解説します。
Vibration モニタリングは、風力タービンのドライブトレインに関する知見を提供します
すべての産業用回転機械は振動の影響を受けますが、機械の1か所または複数の箇所で振動が増加した場合は、その原因を特定することが重要です。過度の振動がもたらす影響は、人、環境、そして機械自体に壊滅的な結果をもたらす可能性があるため、過小評価してはなりません。
したがって、風力タービンの場合、ドライブトレインのすべての構成要素（低速軸、高速軸、ギアボックス、発電機）の振動を監視することが重要です。振動の増加を早期に検出し、その原因を特定することで、事故の発生、予期せぬ高額なコスト、および寿命の短縮のリスクを大幅に低減できるからです。
ドライブトレインの Vibration センサー
ドライブトレイン全体には振動センサーが装備されており、すべてのコンポーネントの振動を継続的に測定し、データ収集システムに送信します。データは処理・保存された後、振動の専門家によって高度な解析ソフトウェアを用いて定期的に分析されます。風力タービンを定期的に分析することで傾向データが蓄積され、振動の専門家は傾向分析を通じてドライブトレインの状態に関する知見を得ることができます。
風力タービンの稼働率の最適化
まず、最初の目標である1）風力タービンの稼働率の最適化について見ていきましょう。最適な稼働率は、予期せぬ downtime（稼働停止）の可能性を最小限に抑え、寿命を最大限に延ばし、性能を最適化することで達成されます。
予期せぬ downtimeを最小限に抑え、歩留まりを最大化
回転部品の振動挙動、ひいては機械の状態について、定期的な適切な把握がなければ、予期せぬ downtime が発生する可能性が高くなります。例えば、ベアリングの状態に関する知見が不足しているため、ベアリングの損傷が発生しても時間内に気づかない場合、そのベアリングを交換するために短期間で操業全体を停止させる必要があります。定期的な振動モニタリングと分析を行うことで、このような欠陥のあるベアリングを早期に検出し、より的確に予測することができ、修理コストを大幅に削減できます。
さらに、前述の傾向分析は稼働率の最適化に寄与します。傾向分析により、損傷の初期段階にあるベアリングが、風力発電の潜在能力が最も高い季節（秋から春にかけて）において、依然として費用対効果の高い稼働が可能か、あるいは一般的に風力が弱まる夏まで、当該風力タービンの最大回転速度を一時的に制限する必要があるかを判断できます。
振動測定による寿命延長
駆動系における振動レベルの増加を早期に把握することで、振動モニタリングは風力タービンの寿命に影響を与える可能性のある要因の特定に役立ちます。これにより、所有者や運営者は、タービンの寿命を延ばし、全体的な稼働率を向上させるための措置を講じることが可能になります。
パフォーマンスの最適化
Vibration モニタリングシステムは、風力タービンの性能を最適化するためにも使用できます。データを分析することで、エンジニアは安全性を損なうことなく、エネルギー生産を最大化するようにタービンの稼働を調整できます。これにより、風力タービンの発電量が向上し、稼働率の向上に寄与します。
風力タービンの保守効率の最適化
それでは、2つ目の目標である「2) 可能な限りコスト効率の高い保守戦略を実行する」について見ていきましょう。効率的な保守戦略は、保守を計画可能にすること、あるいは予知保全戦略に従うことによって達成されます。
コスト面での複数の理由から、風力タービンのメンテナンスを計画的に行うことは、効率的なメンテナンスに不可欠です。ドライブトレインの作業をタワー上部で行うことに重点が置かれています。これは、タワー下部で作業を行うとコストが大幅に増加するためです。残念ながら、ドライブトレインの作業をタワー下部で行うことが避けられない場合もあります。 その場合、ロジスティクスプロセスが複雑であるため、メンテナンスを計画可能にするには、機器の状態を早期に把握することが不可欠です。まず、適切な許可の取得から始まりますが、これには少なくとも12週間を要します。さらに、数少ない専門チームの1つを手配し、同様に希少で約40台のトラックで運搬される特殊クレーンを手配し、ドライブトレインの残りの部分を固定するための適切な工具（これも希少）を手配し、そして適切な機器部品を入手する必要があります。
さらに、近隣の農家が風力タービンの設置用地を確保するために収穫物の一部を犠牲にしなければならない場合などの補償費用など、追加コストを考慮する必要があるかもしれない。また、溝を架橋する必要が生じる可能性もあり、強風やぬかるんだ地面によりクレーンによる建設作業が妨げられる季節的・気象的な影響についても配慮しなければならない。
これらすべては、振動モニタリングや定期的な振動解析（およびその他の手法）を通じてメンテナンスを計画可能にできれば、メンテナンスをより効率的に実施できることを意味します。
