デジタルツインにより発電所の予知保全が可能となり、年間推定17 億ドルの節約が可能に

全世界で1兆ドルの規模を持つエネルギー市場で、発電所技術を提供する大手企業のSiemens Energy は、NVIDIA Omniverse プラットフォームを活用してデジタルツインを構築し、発電所の予知保全を行おうとしています。

これにより、Siemens Energy は、様々な業界でデジタルツインを活用して事業を向上させている企業の波に加わります。その中でも、世界中に31の工場を持つBMW
Groupは、複数の産業用デジタルツインを構築しています。また、Ericsson では Omniverse を導入し、都市圏のデジタルツインを構築して、5G ネットワークをどのように展開するのか決めるのに役立てています。

Grand View Research によれば、全世界のデジタルツイン プラットフォームの市場は、2028 年までに 860 億ドル規模にまで拡大すると予想されています。

Siemens Energy のテクニカルポートフォリオ担当マネージャーであるステファン リヒテンベルガー (Stefan Lichtenberger) 氏は次のように話しています。「NVIDIA のオープン プラットフォームと物理学を組み込んだニューラルネットワークは、Siemens Energy に大きな価値をもたらします」

Siemens Energy は、大型ガスタービンと蒸気タービンを備えた、複合サイクル発電所の建設と整備を行っています。排熱回収ボイラー (HRSG) は、ガスタービンの排熱を利用して蒸気を発生させ、蒸気タービンを駆動させます。Siemens Energy によれば、これによって発電所の熱力学的効率が 60% 以上向上します。

HRSG のいくつかの部分では、蒸気と水が混じり合うことで腐食が発生し、HRSG の部品の寿命に影響する可能性があります。保守と修理のためのダウンタイムが発生すると、電力会社の収益機会損失となります。

Siemens Energy の試算によると、腐食による配管の肉厚減少を確認するために必要な HRSG の平均停止期間 5.5 日を 10% 短縮できれば、年間で 17 億ドルの節約が可能になるといいます。

産業用アプリケーションのためのシミュレーション

Siemens Energy は NVIDIA のテクノロジを活用して、安全性を保ちながら計画的な運転停止の頻度を減らすための新しいワークフローを開発しています。取水口の温度、圧力、pH、ガスタービンの出力と温度といった、リアルタイム データを前処理して、水と蒸気両方の圧力、温度および速度を計算しています。この圧力、温度および速度は、NVIDIA Modulus フレームワークで作成された物理学を活用した機械学習モデルに送られ、蒸気と水が配管内をどのように流れるのかを、リアルタイムで正確にシミュレーションしています。

配管内の流れの状況は、仮想世界シミュレーションと 3D ワークフローのコラボレーションのためのプラットフォームである、NVIDIA Omniverse によって可視化されます。Omniverse はマルチ GPU にも対応しているので、Siemens Energy が腐食の影響をリアルタイムに理解および予測するのに役立ちます。

デジタルツインの開発を加速

Siemens Energy は、NVIDIA A100 Tensor コア GPU 上で動作する NVIDIA のソフトウェア フレームワークを使い、熱、水およびその他の条件が時間の経過とともに金属にもたらす腐食作用をシミュレーションし、必要な保守作業を微調整しています。また、機械学習モデルを使って保守作業をより正確に予測することにより、故障のリスクを冒すことなく、保守の頻度を減らせるようになっています。拡張された Modulus PINN モデルは、A100 GPU を搭載した P4d EC2 インスタンスに支えられた、AWS Elastic Kubernetes Service (EKS) 上で実行されました。

HRSG 発電所の配管内の腐食を推測するには、HRSG ごとに数値流体力学モデルを構築する必要があり、それぞれの 8 週間程度の期間を要します。このプロセスは、600ユニットを超えるポートフォリオに必要となります。NVIDIA のテクノロジを活用してワークフローを高速化することにより、Siemens Energy では、腐食の推定を数週間から数時間に短縮できるようになっています。

NVIDIA Omniverse は、Siemens Energy が、全世界でデジタルツインを複製および展開し、必要に応じて数千の NVIDIA GPU にアクセス可能な拡張性の高いプラットフォームを提供しています。

「アクセラレーテッド コンピューティング、AI ソフトウェア プラットフォームおよびシミュレーションのパイオニアである NVIDIA のおかげで、Siemen Energy では産業向けデジタルツインに求められる拡張性と柔軟性を得られるようになっています」とリヒテンベルガー氏は話しています。

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