2 - 2021

Цифровые двойники помогают операторам энергетических систем повысить точность проектирования, сократить расходы на проект и обеспечить соответствие нормативным требованиям

Коммунальные предприятия все чаще внедряют рабочие процессы с использованием Цифровых двойников для улучшения междисциплинарного сотрудничества в процессе реализации проектов, оптимизации работ по техническому обслуживанию и проверке, а также для выполнения требований к отчетности о соответствии. Среди номинантов конкурса «Год в Инфраструктуре 2019» — два оператора энергетических систем, которые внедряют Цифровые двойники: Sargent & Lundy за проект электростанции Big Bend в г.Тампа (шт.Флорида), стоимостью 853 млн долл., и Companhia Paranaense de Energia (Copel) за планы обеспечения безопасности плотин Copel в Бразилии.

В 2018 году Tampa Electric Company (TEC), компания группы Emera, снабжающая электроэнергией более чем 750 тыс. клиентов по всей Западной Центральной Флориде, запустила проект модернизации своей электростанции Big Bend, чтобы перейти с угля на эффективное газовое оборудование комбинированного цикла. Электростанция Big Bend расположена на территории площадью 1500 акров с четырьмя угольными установками общей выходной мощностью более 1700 МВт. Четыре генератора были установлены за 15-летний период, а в 2009 году была добавлена вспомогательная газовая установка для обеспечения дополнительной мощности в периоды пиковой нагрузки.

Отрасль: коммуникации/производство электроэнергии.
Продукты: OpenBuildings, ContextCapture, Descartes, LumenRT, MicroStation, Navigator, Pointools, ProStructures, STAAD.
Пользователь: Sargent & Lundy.
Страна: США.

Чтобы создать условия для безопасной, надежной и экономичной генерации электроэнергии и удовлетворить растущий спрос, компания TEC запустила проект по модернизации с целью исключить потребление угля при выработке электроэнергии, а также снизить потребление воды в процессе генерации, сократить объем сточных вод, устранить твердые отходы и снизить выбросы в атмосферу. Проект включает переоснащение блока 1 в генерирующее предприятие комбинированного цикла с двумя газотурбинными агрегатами (CTG), двумя парогенераторами рекуперации тепла (HRSG), а также предусматривает существенные изменения для переоснащения имеюегося парогенераторного агрегата (STG) блока 1. В объем проекта также входят соответствующие предприятия для передачи и распределения и инфраструктура подачи природного газа.

Компания Sargent & Lundy использовала полную функциональность моделирования MicroStation для непрерывного обновления Цифрового двойника, созданного на основе моделей проекта и более 2 тыс. файлов. ПО MicroStation также использовалось для включения данных облака точек, полученных при лазерном сканировании физических активов, которые затем были дополнены инженерными компонентами и существующими конструкциями.

Этот цифровой контекст применялся для проектирования установки с помощью ПО OpenBuildings и открытых приложений Bentley для моделирования, включая STAAD и ProStructures, которые были использованы для оптимизации интеграции вспомогательных стальных опор трубопроводов и сокращения количества сварных швов на оцинкованной стали, что позволило сэкономить на проекте более 500 тыс. долл. Кроме того, с помощью LumenRT проекты были подготовлены для визуализации.

Применение Цифрового двойника привело к улучшению совместной работы и концентрации внимания на внедрении лучших практик для обеспечения своевременной сдачи работы. Цифровой двойник использовался для рабочих процессов визуализации и анализа проекта, что позволило команде получать немедленную обратную связь от внутренних и внешних заинтересованных сторон, добиться сокращения времени отклика приблизительно на 40% и улучшить конструктивность, безопасность объекта и долгосрочное планирование технического обслуживания. Такой совместный анализ моделей дал возможность снизить объемы выпуска чертежей и сэкономить приблизительно 200 человеко-часов. Кроме того, применение цифрового контекста повысило точность проектирования на 20% и сократило число посещений объекта вдвое.

«Инновации с использованием Цифровых двойников — это переломный момент, который позволил нашим проектировщикам объединить все инженерно-технические данные в единый источник достоверной модели, чтобы они могли проектировать, исходя из существующих условий, и сразу же видеть влияние изменений, — отмечает Эдвард Хэнко (Edward Hanko), менеджер по проектированию, Sargent & Lundy. — Наличие этой возможности оказалось неоценимым, поскольку оно позволило нашим инженерам эффективно решать все проблемы, возникающие при проектировании».

Согласно недавно принятому в Бразилии законодательству компания Copel должна внедрить новые требования к безопасности для плотин, которые она эксплуатирует. Copel управляет 30 собственными электростанциями и имеет интересы в 11 других, включая 24 гидроэлектростанции, две тепловые электростанции и 15 ветряных электростанций общей установленной мощностью 5675 МВт. Copel также владеет 4647 км линий передачи и 45 подстанциями, обслуживающими более 4,6 млн клиентов сетей электрораспределения, а также 33 495 км оптоволоконных линий для обслуживания 178 тыс. потребителей телекоммуникационных услуг. В течение многих лет компания Copel является лидером в области изучения воздействия на окружающую среду и отчетности о строительстве гидроэлектростанций и стремится к устойчивому развитию.

Новое федеральное законодательство, вступившее в силу в 2010 году, утвердило новый национальный план обеспечения безопасности плотин — Национальную политику в области безопасности плотин (Política Nacional de Segurança de Barragens, PNSB), — применимый к плотинам, предназначенным для хранения воды для любых целей, включая производство электроэнергии. PNSB требует, чтобы на каждую плотину был составлен комплект документов, помогающий руководству определить безопасность конструкции. Эта документация содержит технические данные о строительстве, эксплуатации и техническом обслуживании и служит инструментом для планирования и управления безопасностью.

Инновационные технологии и эффективное сотрудничество обеспечивают модернизацию 
электростанции Big Bend в г.Тампа (шт.Флорида)
Изображение предоставлено компанией Sargent & Lundy

Инновационные технологии и эффективное сотрудничество обеспечивают модернизацию
электростанции Big Bend в г.Тампа (шт.Флорида)
Изображение предоставлено компанией Sargent & Lundy

Продукты: OpenBuildings, ContextCapture, Descartes, iModel.js, LumenRT, MicroStation, OpenBuildings, OpenRoads.
Пользователь: Companhia Paranaense de Energia (Copel).
Страна: Бразилия.

До 2018 года в распоряжении Copel была только репрезентативная часть технических данных по самым старым плотинам — в большинстве своем это были выполненные вручную чертежи, подготовленные в процессе строительства плотин, и те, которые со временем были повреждены. Кроме того, конструкции некоторых плотин были модернизированы и изменены, при этом систематического учета изменений не проводилось, и это вызвало опасение, что чертежи больше недействительны.

Команда преодолела множество проблем при подготовке документации для соответствия PNSB, включая истолкование старых чертежей, проникновение в труднодоступные места для геодезических съемок и сбор децентрализованной информации. Несмотря на тщательную геодезическую съемку с использованием электронного дальномера и фотографий ключевых элементов, не было никакой возможности документировать все детали этих сложных плотин. Плотина, водосброс, электростанция и некоторые элементы схемы генерации, такие как водозабор и водосток, часто труднодоступны из-за сложного рельефа местности и естественной густой растительности.

Компания Copel решила, что необходима новая стратегия. Поскольку большая часть информации о плотинах представляла собой «темные» данные, команда решила, что им необходимо создать Цифровые двойники для каждой плотины, чтобы объединить контекст моделирования реальности, исторические данные и новые данные, получаемые из приложений Bentley для открытого моделирования. Специалисты компании Copel, зная, что им, в конечном счете, потребуется соблюсти план обеспечения безопасности плотин (PSB) на всех десяти плотинах, решили осуществить, в качестве первого шага, пилотный проект и разработать Цифровые двойники для трех небольших гидроэлектростанций: Marumbi, Chaminé и Salto do Meio.

Геодезические съемки проводились с применением беспилотных летательных аппаратов, а все изображения обрабатывались с помощью ПО ContextCapture. Кроме того, команда специалистов также использовала ПО OpenBuildings и Descartes при создании Цифрового двойника. Они извлекали информацию о рельефе местности и кривых и применяли ПО OpenRoads Designer и MicroStation для формирования моделей. Затем команда создала планы, сечения и визуализации с помощью предварительно настроенных динамических инструментов поперечного сечения, чтобы толщина линий, штриховка и цвет соответствовали инженерным стандартам Copel. Наконец, ПО LumenRT обеспечило простой и интуитивно понятный интерфейс для визуализации и передачи информации о каждой из электростанций.

Использование Цифровых двойников при подготовке планов обеспечения безопасности плотин компании Copel Изображение предоставлено компанией Copel

Использование Цифровых двойников при подготовке планов обеспечения безопасности плотин компании Copel Изображение предоставлено компанией Copel

Использование геодезической съемки с помощью дронов значительно повысило качество и детализацию, сократив при этом время, необходимое для выполнения работ по каждой дамбе, до 16 часов, по сравнению с 120 часами, типичными для предыдущих неполных обследований. Команда не только уложилась в сроки, установленные для трех пилотных электростанций, выбранных для нового процесса создания Цифровых двойников, но также смогла соблюсти сроки для всех десяти электростанций, превзойдя ожидания клиентов в отношении качества, детализации и времени, необходимого для сбора и документирования информации. Новый процесс не только помог сократить время создания отчетов и уложиться в сроки PSB, но и снизил трудозатраты на этот процесс на 87%.

«Применение данного программного обеспечения вместе с облетами дронов обеспечило быструю и детальную техническую проверку для оценки безопасности плотин и связанных с ними сооружений, позволяя выполнять их регистрацию и осуществлять цифровую запись. Теперь у нас есть обновленный цифровой технический архив, который упрощает управление нашими активами», — заявляет Роберто Сеара (Roberto Seara), руководитель департамента гражданского строительства, инженерного надзора и проектов производства и передачи электроэнергии Copel.