発電所向けデジタルツイン
（サイバーフィジカルシステム）
AIとIoTを用いて装置やプロセスの状況・動作を正確に再現し、運用とメンテナンスの改善を実現する
電力業界の変貌
現在、化石燃料発電所は重大な局面を迎えています。再生可能エネルギーの台頭、ガス価格の値下げ、意欲的な脱炭素化目標により、電力業界全体が変化しつつあります。ニューノーマル時代では発電業界はデジタルツインを活用し、IoT、アナリティクス、人工知能 (AI)などのデジタル技術から価値を引き出すことが重要になってきています。
デジタルツインベースの挙動モデル
発電所運営の改善のために、TCSでは15年以上に及ぶ研究活動を行い、データサイエンス、物理工学、エンジニアリングを組み合わせることで物理システムを複製できるデジタルツインベースの挙動モデルを構築しました。
このソリューションはボイラー設定点の最適化、人員配置、メンテナンス戦略の策定、オペレーションモードの選択をサポートします。
従来の制御システムと高度なプロセス制御システムは、相反する目的を持つ複数KPIを策定するには制約がありました。デジタルツインベースのソリューションでは、装置、工場、サイト別ごとに、相反する目的や条件を持つKPIに対応できます。
IoTを導入する企業が増えてきた中、センサーやストレージからリアルタイムでデータを収集して複数の問題を解決し、クラウド上のビッグデータを処理し、最適化と制御のために高度な産業分析を実施できる新しいデジタル時代が到来しています。
デジタルツインのメリット
デジタルツインを実装している発電所では、物理的実体と連携してリアルタイムでデータを取得し、複数のKPIを最適化するための意思決定をリアルタイムで下すことが可能です。
TCSのデジタルツインにより、電力業界の企業は以下のようなメリットを実現しています。
- 発電所での窒素酸化物(Nox)と硫黄酷化物(Sox)排出量の削減（NOxを10%削減）
- 年間、1装置あたり最大約2億円の運用費節減
- 同じ発熱率での燃料消費量の削減
- プロセスで使用される薬品コストの削減
- 燃焼最適化による、補助電源使用率の削減
- FMEA*を使ったリアルタイムでの解析による意思決定力の改善
- 通常運転データのみを使った、装置故障の検知
- 状態に基づいた保守と信頼性重視の保守
活用事例
石炭火力発電所のボイラーにおけるデジタルツイン
火力発電所においてボイラーは重要な役割を果たします。技師はボイラー運転において次の3つの目標を掲げています。
- 最大効率でのボイラー運転
- ボイラーの安全運転
- 排出量を規制制限内に抑えること
最大効率でのボイラー運転における障害は主な課題の一つは、ボイラー操作に使用する石炭品質にムラがあることです。プラント技師は多様な石炭を混ぜ、最大効率運転を目指します。
TCSはボイラー運転に関する専門知識と人工知能を組み合わせることで、石炭燃焼ボイラーのデジタルツインを開発しました。このシステムはプラント制御システムからリアルタイムデータを収集し、環境、コスト、効率性間のバランスのとれた最適な設定値を特定します。複数の分野における専門知識を活用し、開発されたボイラー向けデジタルツインの概要を下記の図で示します。
TCSデジタルツイン・ソリューションはプラント制御システム用ライトバック機能付きのオンプレミス版と、安全性確保のためライトバック機能がないクラウド版の両方が実装されています。プラント制御システム用のスタンドアロン型ソリューションとして、運用改善のためにこのデジタルツインを提案しています。
最適な設定値の決定において、高度な計算モデルを活用してシステムから提供された意思決定パラメータによる成果は、人の専門知識による成果を上回っています。
TCSのデジタルツイン・ソリューションは日本を含み、世界中で発電所への展開実績があり、排出量と運用コストの削減に貢献しています。
*FMEA(Failure Mode and Effects Analysis) 故障モード影響度解析とは、トラブル未然防止のため、故障や不具合の発生を想定する分析手法。
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