Cyfrowe bliźniaki – rewolucja w sektorze energetycznym?

Okiem eksperta

Emilia Basta, Inżynier systemów ekoenergetycznych

Cyfrowe bliźniaki (ang. digital twins) reprezentują realne obiekty w wirtualnej rzeczywistości, umożliwiając kontrolowanie zasobów, systemów, procesów produkcyjnych oraz podejmowanie decyzji dotyczących działań w badanym obszarze.

Dodatkowo w sektorze energetycznym mają one za zadanie optymalizowanie i podejmowanych działań oraz utrzymanie płynności przeprowadzanych czynności.

Cyfrowy bliźniak to w najprostszym ujęciu wirtualne odwzorowanie działań, czy procesów rzeczywistych.

Cyfrowe bliźniaki w przemyśle energetycznym

Przemysł energetycznie obejmuje swoim działaniem przetwarzanie dostępnych form energii na postać łatwą do wykorzystania przy zasilaniu wszelkich procesów przemysłowych, a także napędzaniu maszyn i urządzeń używanych w życiu codziennym. A więc czy cyfrowe bliźniaki w przemyśle energetycznym stanowią ważny filar?

Sektor energetyczny zajmuje się produkcją, dystrybucja energii zarówno elektrycznej, jak
i cieplnej. Możemy mówić tutaj o elektrowniach, ciepłowniach, a także elektrociepłowniach, przetwarzających energię pierwotną na energię użyteczną, przesyłaną do gospodarstw domowych i przedsiębiorstw.

W sektorze energetycznym cyfrowe bliźniaki odpowiadają za optymalizację działań związanych z zasobami fizycznymi, ale także procesami produkcyjnymi i utrzymaniem ruchu. Tak, stanowią podstawowy filar zarządzania przedsięwzięciami w energetyce. Technologie cyfrowych bliźniaków mogą obniżyć koszty ponoszone przez firmę oraz usprawnić procesy konserwacji i realizowane operacje.

Dzięki cyfrowym bliźniakom w praktycznym zastosowaniu można symulować i projektować nowe przedsięwzięcia, czasami kosztowne zarówno pod względem ekonomicznym, jak
i czasowym. Cyfrowe prototypy stanowią bazę podejmowania decyzji o opłacalności nowych pomysłów ich konsekwencjach oraz możliwych zyskach.

Możliwe jest na przykład zaprojektowanie modelu elektrociepłowni, jej wyposażenia, ustalenia maksymalnych wytrzymałości produkcyjnych energii i określenie ryzyka całej inwestycji. W prosty sposób można także zasymulować możliwość zwiększenia jej wydajności na przykład z 70% do 100% i ze wszystkimi tego konsekwencjami, jak i zyskami oraz sugestią wymiany podzespołów na te o lepszej jakości czy też wydajności.

Korzyści płynące ze stosowania cyfrowych bliźniaków

Współpraca cyfrowych bliźniaków w różnorodnych projektach jest oczywista, jednak jakie praktycznie korzyści płyną z ich zastosowania w sektorze energetycznym? Można mówić
o takich korzyściach jak: oszczędność czasu, porządkowanie informacji, bezpieczeństwo, przyspieszenie cyfryzacji w przedsiębiorstwach, zwiększanie wydajności produkcji, obniżanie kosztów, przewidywanie potencjalnych usterek.

Firmy produkcyjne dzięki cyfrowym bliźniakom są w stanie analizować zachodzące problemy i awarie, dodatkowo przeprowadzając różnego rodzaju testy i symulacje bez konieczności wprowadzania kosztownych zmian w fizycznym produkcie.

Korelacja cyfrowych bliźniaków z aplikacjami

Wiele firm sięga chętnie po coraz nowsze technologie, w celu bezproblemowego przeprowadzania aktualizacji nowych platform, maksymalnego wykorzystania istniejących systemów, źródeł danych, czy czujników.

Tworzenie cyfrowego bliźniaka, modelowania rzeczywistości, pomaga w krótkim czasie zbadać aktualne warunki pracy, stan techniczny zakładu. Jest to wygodniejsze i szybsze od tradycyjnie przeprowadzanych kontroli przez pracowników i analizie składanych raportów.

Obraz zainicjonowanego modelu tworzony jest przy pomocy przetwarzania danych gromadzonych przez wiele czujników. Cyfrowe bliźniaki mogą pomóc użytkownikom w porządkowaniu swoich informacji.

Posiadanie pojedynczego obrazu rzeczywistości umożliwia szybkie podejmowanie decyzji dotyczących konserwacji zasobów i realizowanych operacji. Zapewnione jest także podejmowanie bezpiecznych decyzji zgodnie z najdokładniejszymi dostępnymi danymi.

Dane umieszczane są w wersji cyfrowej, dlatego ważna jest także interoperacyjność cyfrowych bliźniaków z aplikacjami. Spowodowane jest to głównie zwiększonym wprowadzaniem modelowania rzeczywistości do firm, zastępując w ten sposób organy inspekcyjne i wykonujące badania marketingowe, dostarczając w ten sposób cyfrowe modele zasobów zamiast raportów.

Bezpieczeństwo

Zapisywanie danych dotyczących procesów produkcyjnych oraz innych poufnych informacji w cyfrowej wersji niesie ze sobą ryzyko utraty danych poprzez ataki hakerskie. Ważne jest zabezpieczenie danych w chmurze, przy jednoczesnym umożliwieniu współpracy
z cyfrowymi bliźniakami.

Możliwe jest to poprzez zastosowanie otwartego i bezpośredniego dostępu przy wdrożeniu usieciowionego środowiska danych. Środowisko tego typu łączy ze sobą technologie inżynierskie, informatyczne i operacyjne. W konsekwencji działanie to ma na celu poprawę wydajności, bezpieczeństwa i niezawodności zasobów produkcyjnych.

Rozwiązania tego typu oferuje platforma w chmurze Microsoft Azure, która może być wykorzystana do zapewnienia bezpieczeństwa i ochrony informacji. Microsoft Azure posiada wiele warstw zabezpieczeń i jest uważana przez wiele osób w branży za platformę najlepiej zabezpieczoną przed złośliwymi atakami.

Ten sposób zapewnia, że właściwe osoby otrzymują właściwe informacje we właściwym czasie, czyniąc ich cyfrowe bliźniaki bezpiecznym miejscem do przechowywania danych.
W rzeczywistości organizacje energetyczne coraz częściej decydują się na przechowywanie danych w chmurze, wiedząc, że jest to bezpieczniejsze, niż przechowywanie ich w centrach danych.

Przyspieszenie cyfryzacji

Wprowadzenie cyfrowych bliźniaków do swojego przedsiębiorstwa to pierwszy krok.
Z biegiem czasu należy się jednak zastanowić nad kwestią ulepszenie i przyspieszenia cyfryzacji.

Często zdarza się, że bardzo dobre systemy zarządzania w firmie posiadają dane są niedostępne dla osób, które ich potrzebują, bądź nie są aktualizowane. W takim wypadku  dobrym rozwiązaniem jest wykorzystanie platform mobilnych. Pozwoli to na szybsze, bezpieczne i dostępne dla większego grona osób upoważnionych.

W przypadku firm opierających swoje działanie na zakładach, zalecane jest wykonywanie w pierwszej kolejności modelowania rzeczywistości. Przeprowadzane jest to na podstawie łączenia informacji z czujników zlokalizowanych w zakładach, aby umożliwić pracownikom działów operacyjnych i utrzymania ruchu lepsze zrozumienie kontekstu.

Pozwala to na przechwytywanie cyfrowym bliźniakom aktualnych warunków panujących w badanych obszarach. Można także dodać prostych przepływów pracy do cyfrowych bliźniaków w celu rejestrowania zmian na obiektach/w terenie sprawi, że informacje będą zawsze świeże i aktualne, zapewniając solidną podstawę dla dalszych działań.

Działania tego typu mogą polegać na wykorzystaniu sztucznej inteligencji i konserwacji predykcyjnej do usprawnienia procesów realizowanych przez działy utrzymania ruchu
i operacyjne. Umożliwiłoby to cyfrowym bliźniakom prawdziwe kierowanie funkcjonowaniem firmy.

Współpraca cyfrowych bliźniaków z OZE

Sektor energetyczny, a zwłaszcza OZE, coraz częściej i szerzej korzysta z cyfrowych bliźniaków. Jednym z takich przykładów jest branża wiatrowa. Turbiny wiatrowe, pojedyncze, bądź całe farmy wyposażone są w czujniki zbierające dane na temat stanu technicznego turbiny. Dzięki temu możliwe jest wcześniejsze przewidzenie ewentualnych konserwacji, napraw i możliwej eksploatacji na farmach wiatrowych.

Cyfrowy bliźniak daje możliwość do gromadzenia danych, a następnie ich wizualizowania. Przykładem mogą być farmy wiatrowe zarządzane przez GE Renewable Energy. Jest to ponad 15 000 turbin poddanych ciągłemu testowaniu pod kątem możliwości cyfrowych
i zaawansowanej analizie.

Pozwala to przewidywać wyniki wszystkich podejmowanych działań i ingerencji w prace turbin wiatrowych. Możliwe jest przeprowadzenie symulacji mającej na celu pokazanie, co stałoby się, gdyby zwiększyć szybkość turbiny ze 100 do 110%, gdy cena energii elektrycznej jest w szczytowym punkcie. Czy nie obciąży to systemu? Czy jest to możliwe?

Symulacja jest w stanie pokazać, na ile wytrzymałe są wykorzystywane turbiny wiatrowe
i cała infrastruktura składająca się na elektrownię wiatrową. To nie wszystko. Technologia ta pozwala także na obliczanie optymalnych położeń dla pracy farmy wiatrowej.

Ważne jest także to, że dzięki cyfrowym bliźniakom nie trzeba z góry zakładać na przykład, jak obciążenia będą się zachowywać przez 20 lat. Można połączyć dane sensoryczne z wiedzą projektową i doświadczeniem inżynieryjnym w jednym modelu cyfrowym.

Pozwoli to na wykorzystanie rzeczywistych danych do oszacowania pozostałego okresu eksploatacji turbiny, nim ulegnie ona awarii. W konsekwencji nieplanowane konserwacje przekształcane są w planowane działania minimalizując w ten sposób czas przestoju turbiny
i zmniejszenie liczby wspinaczek na wieżę, a czas eksploatacji farm wiatrowych zwiększa się do maksimum.

Technologia w praktyce

Technologia cyfrowych bliźniaków jest już dostępna na rynku i powszechnie stosowana. Przykładem mogą być firmy Chevron Corporation i Tesla. Chevron to międzynarodowa firma z branży energetycznej, która już w 2019 roku opublikowała wiadomości dotyczące stosowania przez nich cyfrowych bliźniaków.

chevron cyfrowe bliźniaki
Wpis firmy Chevron dotyczący stosowania cyfrowych bliźniaków; Źródło: https://www.facebook.com/Chevron

Firma Chevron wykorzystuje cyfrowe bliźniaki, aby pomagać pracownikom odkrywać to, co znajduje się pod ziemią poprzez tworzenie cyfrowych modeli 3D. Dzięki takiej pomocy praca staje się bezpieczniejsza.

Tesla wykorzystuje cyfrowe bliźniaki w celu tworzenia dla każdego wypuszczanego na rynek samochodu jego wiernej kopii cyfrowej. Proces ten ma zapewniać dostęp do aktualizacji oprogramowania na bazie danych pochodzących z czujników poszczególnych pojazdów.

Dzięki temu dane w prosty i szybki sposób są przesyłane aktualizacje do każdego auta, które jednocześnie kontroluje poprawność działania samochodu. Oprogramowania są dopasowane do każdego modelu, dzięki czemu można w lepszy sposób wykorzystać zasoby firmy, przyczyniając się do poprawy doświadczeń użytkowników.

maserati cyfrowy bliźniak
Tworzenie cyfrowego bliźniaka dla Maserati; https://3d.edu.pl/

Maserati tworzy cyfrowe bliźniaki dzięki programom CAD firmy Siemens NX. Mają one służyć nie tylko projektowaniu ogólnego szkieletu samochodu, ale również pomagać w symulacjach testów. Dzięki tej technologii możliwe jest wykorzystanie danych informacji do ciągłej optymalizacji, obniżanie kosztów oraz czasu potrzebnego do rozwoju.

Podsumowując, cyfrowe bliźniaki coraz śmielej wkradają się w sektory wykorzystania przemysłowego, czy też produkcyjnego. Dzięki nim możliwe jest projektowanie produktów, testowanie wydajności technologicznych oraz przeprowadzanie symulacji, co stanowi istotną część w branży szczególnie energetycznej. Cyfrowe bliźniaki pozwalają na uzyskiwanie realnych wyników i podnoszenie wydajności pracy poszczególnych jednostek.


Emilia Basta

Inżynier systemów ekoenergetycznych i magister technologii produkcji oraz eksploatacji systemów technicznych. Aktywnie uczestniczy w Międzynarodowych Konferencjach Naukowych oraz publikuje artykuły naukowe, związane z tematyką inżynierii środowiska i energetyki.

ZOSTAW ODPOWIEDŹ

Proszę wpisać swój komentarz!
Proszę podać swoje imię tutaj

Najnowsze

PARTNERZY PORTALU

Kategorie

BĄDŹMY W KONTAKCIE

Najnowsze

PARTNERZY PORTALU

Kategorie

BĄDŹMY W KONTAKCIE