Внедрение цифрового двойника для ирландской насосно-аккумулирующей электростанции Turlough Hill
Электростанция Turlough Hill была построена ирландской государственной компанией Electricity Supply Board в 1968 году. Цель проекта - продлить срок эксплуатации стареющей насосно-аккумулирующей электростанции.
Расположенная в 60 км к югу от города Дублин в горах Уиклоу, система мощностью 292 мегаватта (МВт) была введена в эксплуатацию в 1974 году. Поскольку население Ирландии стало расти, а спрос на электроэнергию увеличиваться, было решено, что насосное хранилище станет экологически чистым решением для удовлетворения потребностей в электроэнергии и поможет управлять и стабилизировать электроснабжение страны.
Еще одной из проблем было то, что у компании не было четко определенного срока службы для этого конкретного объекта, т.к. она была спроектирована в 1960-х годах - за несколько лет до того, как были разработаны многие современные технологии.
Изначально цикл генерации и перекачки воды осуществлялся только один раз в день. Однако по мере внедрения других возобновляемых источников энергии (ветроэлектростанций) станции пришлось взять на себя еще одну роль, помогая интегрировать их в сеть, поэтому теперь Turlough Hill работает в гораздо более гибком режиме, чем предполагалось изначально, с несколькими циклами генерации в день.
При этом отмечается, что значение Turlough Hill в энергосистеме будет только возрастать, особенно с учетом того, что недавно сформированное правительство Ирландии взяло на себя обязательство ежегодно сокращать общие выбросы парниковых газов в среднем на 7% в период с 2021 по 2030 год.
Идея заключалась в создании первого в мире цифрового двойника, эмулирующего работу насосно-аккумулирующей станции на основе физических принципов.
Использование цифровых двойников
Для оценки операционных рисков на Turlough Hill, понимании состояния станции и представления об оставшемся сроке службы ее активов и для понимания того, лучше продолжать ее эксплуатацию в ближайшие годы был разработан цифровой двойник станции.
Одним из ключевых элементов станции, создающим проблемы для управления активами и проведения инспекций являлся напорный трубопровод, заглубленный в скальную породу и водораспределительный коллектор.
Для создания структурного цифрового двойника большого трубопровода и коллектора станции была использована технология компании Akselos. Компания ESB хотела не только понять усталостную долговечность станции, но и получить инструмент для выполнения сценариев "что-если" для будущих и более сложных условий эксплуатации.
Инженеры Akselos оцифровали все имеющиеся данные об объекте длиной 700 м, на основе которых была построена цифровая модель конструкции с 3D-рендерингом. Прежде всего, они должны были определить геометрию, взаимодействие и напряжения в системе установки, чтобы создать интуитивно понятную тепловую карту. 3D-модель с возможностью навигации показывает, какие, когда и где напряжения формируются на электростанции, что позволяет направлять инспекции на конкретные проблемные участки, а не просто проводить выборочный осмотр.
Структурный цифровой двойник, созданный на основе полностью оцифрованного актива, принимает в реальном времени данные о текущей загрузке системы, циклах эксплуатации, таких как генерация, остановка насосов, и позволяет в реальном времени оценить распределение напряжений в системе. Кроме того, постобработка циклов позволяет рассчитать накопленный усталостный и остаточный ресурс конструкции.
Создание цифрового двойника позволило ESB:
узнать текущую нагрузку на трубопровод;
прогнозировать, когда, почему и где он выйдет из строя;
понять, как снизить этот риск;
оценить оставшийся срок службы.
По оценкам ESB, использование цифрового двойника на Turlough Hill, основанное на 10-летнем бизнес-плане, сэкономит компании около 3 млн евро (3,6 млн долларов). Кроме того, ESB и Akselos намерены расширить первоначальный проект на 20-50% и снизить затраты на инспекцию на 10-20%.
