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. |
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
Продукты: OpenBuildings, ContextCapture, Descartes, iModel.js, LumenRT, MicroStation, OpenBuildings, OpenRoads. |
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 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.
