EnBW（Energie Baden-Württemberg AG）は、急速に拡大する再生可能エネルギー資産ポートフォリオを管理するドイツ最大級のエネルギー企業です。太陽光発電容量がわずか4年間で150メガワットから1ギガワットに増加する中、同社は、データ精度と運用効率を維持しながら、より少ない人員でますます大規模化する設備を検査するという大きな課題に直面しています。再生可能エネルギー分野では、過去3年間でドローンの導入が67%増加しており、自律システムは、人員を比例的に増やすことなく検査業務を拡大しようとする電力会社にとって不可欠なものとなっています。
先日開催されたウェビナーで、EnBW社の太陽光発電モジュール担当テクニカルスペシャリスト、ティモ・フロイント氏にお話を伺いました。フロイント氏は、ドイツのエネルギー大手EnBW社が、急速に拡大する事業ポートフォリオ全体にわたる太陽光パネルの検査を変革するために、自律型ドローンドック技術をどのように活用しているかについて、貴重な洞察を共有してくれました。自律型ドローン技術の導入に関する彼の取り組みについて、以下にご紹介します。
課題
「当社の太陽光発電容量は4年間で7倍に急増しました。現在、検査すべき太陽光発電所の数は以前よりもはるかに多く、それぞれの規模も大きくなっていますが、それらすべてを検査するために7倍もの人員を雇用することはできません」と、EnBWのPVモジュール技術スペシャリストであるティモ・フロイント氏は述べています。
EnBWは、太陽光発電設備の検査業務を管理する上で、いくつかの重大な課題に直面した。
スケーラビリティ危機： 従来のコンサルタント主導の検査方法では、過去4年間で567%という同社の事業規模拡大に対応できなかった。事業所の規模が拡大するにつれ、検査時間は飛躍的に増加したが、コンサルタントの増員は追いつかなかった。検査データはExcelスプレッドシートやPDFレポートに閉じ込められたままで、メールのやり取りやSharePointフォルダに分散していたため、保守チームが調査結果に基づいて対応する際に、調整が非常に困難になっていた。
ドイツ特有の運用上の制約： ドイツの予測不可能な天候は、従来のドローン操縦士のスケジュール調整を困難にしていた。正確な熱画像撮影に必要な晴天日を予測するのは難しく、遠隔地まで2～6時間かけて移動した操縦士が到着しても、飛行に適さない状況であることがしばしばあった。さらに悪いことに、ドイツの送電網抑制制度は、電力価格がマイナスになったり、送電網が混雑したりする時期に大規模な太陽光発電設備を頻繁に停止させ、操縦士が現場に到着しても点検できる稼働中のシステムが存在しないという事態を招いていた。
地形と接続性の課題： 太陽光発電所の中には、標高差が最大80メートルにも及ぶ急激な高低差があり、樹木がパイロットとドローン間の視線通信を遮っていた。このような状況では、従来の遠隔操縦は確実に機能しなかった。
データ品質の不完全性： コンサルタントの報告書には、調査中に検出された上位200件の不具合のみが記載されており、追加の異常追跡には別途料金が必要だった。GPS座標が提供されなかったため、保守チームは手書きの現場図面を解釈し、地上レベルで特定のモジュールを目視で特定しようと試みるしかなかった。このプロセスは、エラーが発生しやすく、時間の無駄にもなりかねない。
解決策
EnBWは、 FlytBaseのAI搭載ドローン自律プラットフォームとSitemarkの分析ソフトウェアを組み合わせた、包括的な自律型ドローン・イン・ア・ボックス・ソリューションを導入しました。この導入により、同社の独自の運用要件に戦略的に対応するとともに、高度な自律機能を活用して、ドイツの厳しい検査環境を克服することが可能になりました。
この変革は2つの明確な段階を経て行われました。約2年前、EnBWはまずコンサルタント主導の地上調査からドローンによる空中サーモグラフィへと移行しました。この最初の移行により、断片化されたExcelやPDFのワークフローが、Sitemarkプラットフォームを介したGPSタグ付き画像とAIによる異常検出に置き換えられ、コンサルタントが手動で記録していた上位200件の不具合だけでなく、すべての熱特性の完全な異常追跡が可能になりました。
この基盤の上に、EnBWは高価値太陽光発電設備に自律型ドローンドックを導入する概念実証プログラムを開始しました。技術アーキテクチャの中心となるのは、LTE接続ドングルを搭載したDJI Dock 2システムです。これは、標高差が最大80メートルにも達し、樹木が障害物となっているドイツの山岳地帯の太陽光発電所が抱える接続上の課題を解決する重要なイノベーションです。以前の150キログラムのDJI Dock 1は見通し線通信に依存していましたが、Dock 2のLTE機能はFlytBaseの中央監視システムと常時接続を維持し、手動操作なしでシームレスな遠隔飛行操作を可能にします。
FlytBaseのプラットフォームは、EnBWのシュトゥットガルト本社から信頼性の高い運用に不可欠な自律飛行管理機能を提供します。このシステムは、複雑なミッション計画、自動飛行実行、リアルタイム監視を処理すると同時に、ドイツの航空規制に準拠しています。各ドックは、20～70メガワットの規模に戦略的に配置されており、検査の柔軟性と頻度が設備投資に見合う最適な規模となっています。
導入されたソリューションには以下が含まれます。
- LTE接続機能を備えた自律型DJI Dock 2システム
- FlytBaseミッション計画と遠隔実行のためのソフトウェアプラットフォームです。
- サーマルカメラと光学カメラを搭載したDJI Matrice 4T/4TDドローン
- SitemarkのAI分析プラットフォーム（異常検知およびチケット発行用）
- EnBWの保守管理ワークフローとの統合
仕組み
自律点検のワークフローは、EnBWのシュトゥットガルトオフィスから遠隔で行われる飛行前準備から始まります。オペレーターは空域規制を確認し、空港や制限区域からの許可を得ていることを確認します。次に、風速や日射量などの気象条件を確認します。正確な熱画像を取得するには、最低でも1平方メートルあたり600ワットが必要です。電力系統運用者の信号を通じて出力抑制状況を監視し、システムが稼働する点検時間帯を特定します。飛行ミッションは通常、 FlytBaseの計画ツールを使用して1日前に計画されます。
ミッション当日、オペレーターはシュトゥットガルトから遠隔操作で飛行を開始します。自律型ドックが開き、飛行前のシステムチェックを実行した後、サーマルカメラを搭載したDJI Matrice 4Tまたは4TDドローンを発進させます。機体は事前にプログラムされた飛行経路をたどり、正面オーバーラップ70%、側面オーバーラップ30%を維持して、対象エリア全体をカバーします。高度25メートルで飛行しながら、ドローンは地上サンプル距離（GSD）3センチメートルで熱画像を撮影します。これは、保証グレードの太陽光発電設備検査に関して、ISE（フラウンホーファー太陽エネルギーシステム研究所）の規格で定められた解像度です。
撮影された画像は、ミッション完了後、自動的にSitemarkのAI分析プラットフォームにアップロードされます。ソフトウェアの機械学習アルゴリズムは、視覚データと熱データを同時に処理し、ホットスポット、ストリングの故障、バイパスダイオードの問題、ガラスの破損などの異常を検出します。検出された各データは、モジュールの正確な位置にGPSタグで記録され、熱画像と視覚画像の間で相互参照されます。
保守チームは、Sitemarkの使いやすいインターフェースを通じて、正確なGPS座標と写真証拠を含む作業指示書にアクセスできます。現場の技術者は、解釈に迷うことなく影響を受けたモジュールに直接移動し、問題を目視で確認し、修理後の点検で修理完了を確認できます。これらすべてが単一のデジタルプラットフォームを通じて調整されます。
「私は今シュトゥットガルトにいますが、ベルリン近郊にも拠点があります。6時間かけてそこまで運転して、天候が悪かったり、出力抑制が行われたりするのを見たくありません。ここオフィスに座って作業を開始し、出力抑制の信号を見たら作業を中断して翌日に再開すればいいのです」と、EnBWのPVモジュール技術スペシャリスト、ティモ・フロイント氏は語った。
実装
導入プロセスは、まず基礎的な機能構築から始まり、その後自律的な展開へと進みました。EnBWは2020年から2021年にかけて、コンサルタント主導の検査から社内ドローン運用へと移行し、ヨーロッパのベンダーを対象とした広範な市場調査を実施した後、Sitemarkの分析プラットフォームを選定しました。この決定では、機能の幅広さよりもユーザーエクスペリエンスとインターフェースのシンプルさを優先しました。この選択は、技術的なバックグラウンドが異なる保守チーム全体で導入を拡大する上で非常に重要であることが証明されました。
この期間中、EnBWは社内パイロット養成プログラムを確立し、欧州のA1/A3およびA2ドローン免許、規制遵守と空域管理、写真撮影の基礎、太陽光発電検査に特化したサーモグラフィーの基礎、および実際の太陽光発電施設での実践的なトレーニングを網羅した、包括的な5日間の認定資格を提供しました。
自律型ドックのパイロットプログラムは2022年から2023年にかけて開始され、EnBWは地形上の課題が大きい太陽光発電所にDJI Dock 1を初めて導入しました。チームは、樹木に覆われた80メートルの標高差を越えて25メートルの点検高度まで飛行した際に、見通し線通信の限界をすぐに発見しました。幸運なタイミングで解決策が現れました。EnBWがこれらの接続問題に苦慮していたまさにその時、DJIはLTEドングル機能を搭載したDock 2を発売したのです。
EnBWは現在2基の自律型ドックを運用しており、3基目となるドック3システムは2024年春に導入予定です。チームはドイツ航空当局に目視外飛行（BVLOS）の承認申請を提出していますが、処理の遅延により承認時期は不透明です。このシステムは、概念実証段階ではEnBWの重要インフラ（KRITIS）とは別のLTEネットワーク上で運用されるため、大規模なサイバーセキュリティ承認プロセスを経ることなく、より迅速なテストと反復が可能になります。
「先ほど申し上げたように、次のステップはドローンドックの展開をさらに進めることです。しかし、まずはそれが有益であることを証明しなければなりません。経営陣は、ドック、ソフトウェア、BVLOS飛行を行うための人材育成などに投資する価値があるかどうかを判断するでしょう」と、EnBWのPVモジュール担当テクニカルスペシャリスト、ティモ・フロイント氏は述べた。
結果
自律型ドローンドック技術の導入は、EnBWの事業全体にわたって、目に見える大きなメリットをもたらしました。
運用上の柔軟性の向上： ドローンドックシステムの導入により、遠隔地の太陽光発電所への往復6時間もの移動が不要になった。シュトゥットガルトを拠点とするEnBWは、移動コストや天候による中止を気にすることなく、ベルリン近郊の発電所を点検できるようになった。ミッション中に送電網の抑制が発生した場合でも、飛行は一時停止し、状況が改善すれば再開できるため、点検頻度を年1回から四半期に1回へと2～4倍に増やすことが可能になった。
「私は今シュトゥットガルトにいますが、ベルリン近郊にも拠点があります。6時間かけてそこまで運転して、天候が悪かったり、出力抑制が行われたりするのを見たくありません。ここオフィスに座って作業を開始し、出力抑制の信号を見たら作業を中断して翌日に再開すればいいのです」と、EnBWのPVモジュール技術スペシャリスト、ティモ・フロイント氏は語った。
完全なデータ品質：
「このソフトウェアの利点は、現場で発生したすべての不具合をソフトウェアで追跡できるようになったことです。SitemarkのAIがすべての画像をチェックし、非常に小さな温度差に至るまで、あらゆる不具合を追跡できます。これは、コンサルタント会社がこれまで決して行わなかったことです」と、EnBWのPVモジュール担当テクニカルスペシャリスト、ティモ・フロイント氏は述べています。
AI搭載システムは、コンサルタントの報告書に記載されている上位200件の故障だけでなく、GPS精度で無制限の異常を捕捉します。可視画像と熱画像の相互相関により、植生による影と電気系統の故障を自動的に区別し、誤検出を減らしつつ、真の問題を見逃さないようにします。
費用対効果の検証： EnBWの財務モデルによると、損益分岐点は天候や出力抑制によるパイロット訪問のキャンセルが1回発生した時点で成立する。ドックへの投資額は、20～70MW級の発電所における外部パイロット調査の年間費用とほぼ同額であり、同時に年間予算を同じ額で2～4倍の検査回数を実現できる。同社は、人員を比例的に増やすことなく、ポートフォリオを567%（150MWから1GW）拡大することに成功した。
統合運用： EnBWは、数百機のドローンを各事業部門に配備し、社内ドローン運用能力を構築しました。同社は5日間のパイロット養成プログラムを確立し、保守チームをパイロット兼技術者の二刀流体制に移行させることで、外部委託業者への依存度を低減するとともに、定期点検時に臨機応変な検査を実施できるようにしました。現在2つのドックが稼働しており、3つ目のドックは2024年春に配備予定です。
今後の展望
EnBWは、ドローンドックプログラムを高価値太陽光発電所の全ポートフォリオに拡大し、サイト開発の初期段階からこの技術を導入することで、メリットを最大化する計画だ。同社は、ドックへの設備投資が最適なリターンをもたらす20～70メガワットの範囲を検証するサイト規模の閾値モデルを改良し、コストとリスク監視ニーズのバランスを取る検査頻度プロトコルを標準化している。
「当社では、保守チームのメンバーにもパイロットの資格を取得してもらうためのトレーニングを行っています。彼らは現場に常駐しており、通常は天候の良い日に現場にいます。なぜなら、ストリングやインバーターの測定を行う必要があるからです。彼らはこの時間を利用して、『トラックにドローンを積んでいるので、それを展開して並行して点検を行います』と言うことができます」と、EnBWのPVモジュール担当テクニカルスペシャリスト、ティモ・フロイント氏は述べています。
EnBWは今後1～2年で、ドックの展開規模を拡大するとともに、太陽光発電設備の点検以外の用途にも展開していく予定です。変電所、従来型発電所、境界警備などの用途についても、同じFlytBase自動化プラットフォームとハードウェア投資を活用し、積極的に評価を進めています。また、同社は概念実証（POC）で使用していた独立したLTEネットワークアーキテクチャから、重要インフラシステムとの統合に必要なサイバーセキュリティ要件を満たすオンプレミスまたはセキュアな構成へと移行していく予定です。
フロイント氏は、将来を見据え、視界外飛行（BVLOS）の規制承認を取得することで、現場監視員の必要性がなくなり、運用能力が大幅に向上すると予測している。長期ビジョンでは、自律型検査を標準運用手順とし、継続的な状態監視によって年次検査サイクルを置き換え、プラットフォーム投資によってEnBWのマルチギガワットポートフォリオ全体にわたる太陽光、風力、送電網インフラ、従来型資産をシームレスにサポートしていく。
結論
EnBW社が自律型ドローンドック技術を導入したことで、太陽光発電設備の点検は、コンサルタントに依存した年1回の作業から、柔軟でデータ駆動型の継続的なモニタリング業務へと変革しました。移動の制約をなくし、天候や出力抑制の時間帯に合わせて作業を行い、GPSで正確な異常データを完全に取得することで、同社はより少ない人員でより優れた洞察力をもって、数ギガワット規模の再生可能エネルギーポートフォリオを管理するための運用基盤を構築しています。
概念実証の導入により、中核となる価値創造要因が検証されるとともに、同様の成長軌道をたどるエネルギー企業にとっての今後の道筋が明らかになりました。BVLOS（目視外飛行）の承認によって完全な自律飛行が可能になり、事業部門全体にわたって導入規模が拡大するにつれ、EnBWの段階的なアプローチは、適切に実装された自律型ソリューションが組織のさまざまな側面において運用効率を飛躍的に向上させる効果を発揮できることを示しています。
「ソフトウェアの囲い込み効果には注意してください。一度どれか一つを選んでしまうと、それに縛られてしまい、柔軟性を高めるのが難しくなります。適切なソフトウェアを選ぶには時間をかけてください」と、EnBWのPVモジュール担当テクニカルスペシャリスト、ティモ・フロイント氏は述べています。
よくある質問
1. 自律型ドローンによる検査は、費用対効果の面で、従来のコンサルタントによる検査方法と比べてどうでしょうか？
自律型ドローンドックは、コンサルタントの完全な代替となるのではなく、むしろ業務効率を高めるためのツールとして機能し、出張費を削減し、天候や出力抑制状況に応じた柔軟なスケジュール調整を可能にします。EnBWでは、損益分岐点はパイロット訪問のキャンセルが1回発生した場合のみで、ドックへの投資額は20～70MWのサイトにおける外部パイロットの年間費用とほぼ同等でありながら、検査頻度を2～4倍に増やすことができます。
2. 太陽光発電設備の点検における遠隔ドローン運用をサポートするために、どのような技術インフラが必要ですか？
運用には、地形や障害物の課題を克服するためのLTE接続機能を備えたDJI Dock 2システム、ミッション計画と実行のためのFlytBaseの自律飛行プラットフォーム、そしてAIを活用した異常検知のためのSitemarkなどの分析ソフトウェアが必要です。保証遵守のためのISE規格要件を満たすには、ミッションは高度25メートルで3cmの熱画像GSDを維持する必要があります。
3．エネルギー企業は、ヨーロッパにおける自律型ドローン運用に関する規制要件にどのように対応しているのか？
企業は、目視外飛行（BVLOS）の承認要件を含む航空当局の規制に対応しなければなりません。EnBWはBVLOS申請を提出しましたが、処理の遅延に直面しているため、現在は遠隔監視と現場監視員による運用を行っています。同社は包括的なパイロット訓練プログラムを確立し、KRITISの完全統合に先立つテストを加速するため、概念実証（POC）段階では別のネットワーク上でドックを運用しています。
4. 太陽光発電事業における自律型ドローン技術の投資回収期間は、一般的にどのくらいですか？
具体的な期間はポートフォリオの規模によって異なりますが、EnBWの財務モデルによると、天候不良や出力抑制によるコンサルタント訪問の中止が1回発生しただけで損益分岐点に達します。詳細な年間点検と四半期ごとのモニタリングの両方に使用できるこのアプリケーションは、点検頻度を2～4倍に高めることで投資対効果（ROI）を大幅に向上させ、異常の早期発見と、未検出の故障によるエネルギー生産損失の削減を実現します。