スイスの水力発電を最適化する深浅地形データ

スイスの河川と貯水池のインフラの安全と保護を確保する

スイスのエネルギー会社アクスポが水力発電インフラを維持するには、特に氷河がスイスの川や湖に投げ込む破片が機械に重大な損傷を与える可能性があるため、深浅測量データと側面走査データの取得が不可欠です。 沈泥と洗掘の監視と測定は、最適な発電を確保するのに役立ち、アクスポのダム安全部門は、2019 年からこれらの目的のために干渉測深ソナーを使用しています。2022 年に、チームはソナーの新しい AI アップグレードを受けました。水が流れ続けることを確認するために使用する。

現在、スイスの電力の60％以上は水力発電によって生成されており、消費量の増加に対応し、潜在的なエネルギーギャップを解消するために生産能力の拡大が計画されています。 新しい容量は、大規模なプロジェクトや小規模なイノベーション、最適化や拡張によってもたらされますが、これらのすべてには正確な水深測量データまたは側面走査データが必要です。

小規模なイノベーションの一例として、将来的にはすべてのキロワット時が重要になることを理解して、Axpo はクルネラ貯水池とナルプス貯水池の間の送水ラインに小型の 2.5MW タービンを設置しました。 このこれまで利用されていなかった資源は2022年初めに稼働し、年間最大1,000万キロワット時の電力を生産すると予想されており、これは約2,200世帯に供給するのに十分な量である。

新しい発電量が明らかに必要である一方で、特に水道網に侵入する氷河の破片の量を考慮すると、既存の発電量を維持することは大きな課題であり、さらに下流の生態系に影響を与えるだけでなく、水力発電所の機械に重大な損傷を引き起こす可能性があります。 エンジニアが最善の行動方針を決定できるように、これらの堆積物の蓄積を監視するには深深測量データと側面走査データが不可欠です。

アクスポのダム安全部門は、同社の水力発電所への取水口の周囲に物質がどのように集まるかを正確に示すデータの収集、配布、保管、分析、処理、提示を任務としています。 同部門は、異物を最小限に抑えて最適な水の流れを維持するために、浚渫やその他の土木作業（取水口の高さを上げるなどの主要な作業を含む）に情報を提供することを目的として、沈泥の監視と測定を行っています。

シャットダウンを回避し、長期疲労を軽減するために発電設備を保護することは不可欠ですが、収集されたデータは、エンジニアが測定された水量に基づいてシステムを微調整するのにも役立ちます。

同局のデータ収集のための主なツールは、英国のメーカー GeoAcoustics が提供する GeoSwath 4 深浅地形ソナーで、これまでにアクスポ ネットワーク全体の約 75 km の川と湖底をカバーする 200 km 以上の測量線を収集しました。 ダム安全チームは、調査プラットフォームとして機会船を使用して、運用日に 1 か月以上を費やしてきました。 ただし、2022 年 9 月の時点では、機器を含む設備全体が新しいボートの単一の基準枠内に設置されています (図 1)。

ボートとソナーは現在、同様にナルプス貯水池にある、取水口や発電エリアを含む水路エリアなどの重要なインフラの周囲での沈泥の堆積を監視するために使用されています。 海抜 1,908 メートルに位置し、高さ 127 メートル、ダム頂部 480 メートルの二重曲線アーチダムを備えたこの湖は、水量 4,450 万立方メートルです。 この最新の数値は、沈泥レベルと既存の貯水池および利用可能な水の量を計算するための調査によって得られ、図 2 に示す結果が得られました。

図 3.1 は、別の調査の結果を示しています。この調査では、チームが深浅ソナーを使用して、河川発電所の源流にある堰の沈泥レベルに関するかなり詳細なデータを取得しました。 このデータは、ここや、Axpo チームが監視している川や湖の他の多くの同様の場所で、浚渫前後の調査に効果的なツールであることが証明されています。 図 3.2 に示すように、データはエンジニアリング目的と浚渫プロジェクト終了時の検証の両方に使用されます。

ソナーは川や湖と水力発電施設との境界面での沈泥や瓦礫の蓄積を測定する一方で、Axpo チームはネットワーク全体の重要なエリアでの洗掘として知られる現象の影響を測定するためにも使用しています。 。 主な目的は、堰や取水口などの主要なインフラの完全性を、水や瓦礫の絶え間ない移動によって引き起こされる損傷から保護することです。 洗掘はサイドスキャンソナーを使用して測定されることが多いですが、深浅ソナーは何が起こっているかを正確に見るために必要な解像度と品質を提供し、Axpoがさまざまな現場の水中インフラを監視および保護できるようにします。

ダム安全部門は最近、データ内の外れ値を自動的に検出して排除する深浅ソナー用の新しい AI データ処理ソリューションを評価し、調査中のリアルタイム データ ストリーミングを可能にしました。 現段階で、Axpo チームにとってこれによる利点は主に、AI システムが後処理で大幅に有利なスタートを切る品質管理されたデータを生成するため、最終製品に至るまでの処理のスピードアップにあります。 Axpo はまた、ストリーミングされたデータによりボートの下の特定の特徴をリアルタイムでパイロットや測量士に知らせることができるため、AI が測量効率を向上させる可能性を認識しています。

AI システムは、イースト アングリア大学の AI 専門家および GeoAcoustics の研究開発チームとの継続的なパートナーシップを通じて開発されました。 従来の位相測定データのフィルタリングは、専門ユーザーが生データを「クリーン化」するためにフィルタを設定することに大きく依存しているため、チームはデータ収集プロセスの非常に特殊な技術的側面の自動化に着手しました。 その結果、Axpo がクリーンで見栄えの良いデータをより迅速に取得できるシステムが誕生しました。

スイス全土の水力発電能力を向上させるための新しい計画では、更新された深浅データの継続的なフローが必要であることを考慮すると、データ処理における AI の使用など、調査プロセスの合理化は歓迎されます。 Axpo の新しい測量ボートは、水音響パッケージを設置する前に利用可能なボートを見つける必要がなく、測量士が新しいデータや既存データの検証が必要な川や湖までボートを牽引できるため、効率の向上にも貢献します。

チームの新しいボートと AI でアップグレードされたソナーの組み合わせは、冬季の潜在的なエネルギーギャップの問題とネットゼロに達するという国の目標を考慮して、既存の発電能力の最適化と新しい発電能力の構築を引き続きサポートします。 2050 年までの炭素排出量。

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Ephraim Friedli は、Axpo Power AG のエンジニアリング スペシャリストであり、深浅測量の責任者です。

Francisco J. Gutierrez は、GeoA が製造する GeoSwath 4、Pulsar、および TOPAS システムの製品スペシャリストです。