Digital twin looks ahead
미래의 수력발전소는 '투명한 발전소'가 될 것입니다.
이는 공장의 현재 및 예상 상태에 대한 포괄적이고 자세한 정보를 지속적으로, 이상적으로는 초 단위까지 정확하게 제공할 수 있다는 것을 의미합니다. 유럽의 주요 수력 발전 회사 중 하나인 VERBUND Hydro Power GmbH(VHP)는 디지털 트윈과 가상 센서를 사용하여 이 목표를 달성하는 것을 목표로 합니다.
Greater transparency in the “digital hydropower plant”
디지털 트윈 외에도 강바닥 조사 및 검사를 위한 새로운 도구는 디지털 수력 발전소로의 길을 열어줄 것입니다
단독으로 또는 파트너와 함께 VHP는 오스트리아와 독일에서 120개 이상의 수력 발전소를 운영하고 있습니다. 내부 및 외부 전문가, 연구 커뮤니티, 컨설턴트 및 장비 제조업체와 함께 VHP는 새로운 이니셔티브의 두 가지 주요 문제인 "디지털 워크플로우 관리"에 중점을 두었습니다. 즉, 현장 동료의 디지털 계획 및 작업 프로세스 처리를 위한 모바일 솔루션입니다. 매우 광범위하게 계획된 프로젝트 설명과 매우 혁신적인 성격을 지닌 "디지털 수력 발전소"입니다.
디지털 수력 발전소의 프로젝트 책임자인 엔지니어 Dr. Bernd Hollauf는 다음과 같이 설명합니다. “우리 수력 발전소는 이미 100% 자동화되었으며 중앙 집중식 기반을 통해 제어됩니다. 따라서 일반적으로 발전소에는 무인이며 사람들은 오류가 발생하거나 검사가 수행되는 경우에만 점검을 위해 현장에 있습니다.
중앙 프로세스 데이터 보관을 포함하여 기계, 건물 및 환경을 위한 센서 기술이 마련되어 있습니다.”
그러나 시스템은 일반적으로 여전히 독립형 솔루션이므로 이제 목표는 시스템을 최대한 멀리 연결하는 것입니다. 이를 달성하기 위해 Hollauf 박사와 그의 동료들은 다양한 업계의 다양한 디지털화 기술을 연결하는데 사용할 수 있는 솔루션을 찾기 위해 노력하고 있습니다. “우리의 목표는 디지털 보조 장치를 사용하여 현장 직원에게 가능한 가장 포괄적인 지원을 제공하는 것입니다.”라고 Hollauf 박사는 강조합니다. 그 중 하나는 기존 데이터에서 어떤 부가가치를 창출할 수 있는지 조사하는 것입니다.
동시에 디지털 트윈 외에도 우리는 강바닥 측정 및 검사를 위한 새로운 도구를 배포하고 있습니다. 예를 들어 수면에서 자율주행 차량을 사용하거나 다이빙 로봇과 같은 원격 조종 수중 차량입니다.
Pilot application at the Rabenstein power plant
무어(Mur)강의 중형 하천 발전소인 스티리아(Styria)의 대표적인 라벤슈타인(Rabenstein) 발전소가 선정되었습니다.
약 30년 된 발전소에 대한 계획은 아직 종이 형태로 남아 있는데, 이는 여기서 얻은 경험을 일반적 으로 더 오래된 다른 발전소에 적용하는 것이 가능하다 는 것을 의미합니다.
“디지털 트윈에 대한 우리의 개념에는 시뮬레이션 사 용이 포함됩니다. 이것이 우리가 수년간 제품 개발의 시뮬레이션 파트너로 우리와 협력하고 ANSYS 제공업체로서 조언과 지원을 제공하는 CADFEM 그룹을 파트너로 선택한 이유입니다.”라고 Project의 엔지니어인 Michael Artmann은 말합니다. Hydro Power GmbH의 "Digital Twin" 하위 프로젝트 관리자입니다. 이 프로젝트는 CADFEM 그룹의 일부이며 빅데이터 분석, 센서 데이터 및 기타 데이터 소스의 준비 및 통합을 전문으로 하는 스타트업인 스위스 기업 ITfi cient AG가 주도하고 있습니다.
시뮬레이션기반 디지털 트윈은 구성 요소가 사전에 예측할 수 없는 다양한 응력을 받는 경우 가장 유용합니다. 이를 통해 예를 들어 마모로 인한 균열 형성과 같은 열화를 예측할 수 있습니다.
과도한 스트레스로 인해 손상이 발생하기 전에 부품을 적시에 교체할 수 있습니다. 파일럿 프로젝트를 수행하기 위해 터빈 러너의 조정 메커니즘에 있는 구성요소가 선택되었습니다.
Simulation models for strength calculations
시뮬레이션의 기초로서 첫 번째 단계는 기존 설계도면을 사용하여 이 조정레버의 3D CAD 모델을 만드는 것이었습니다. 후속 강도 계산에서는 부품에 최대 응력이 가해지는 임계점이 표시되었습니다. 신속하면서도 정확한 계산을 수행하기 위해 해당 정보를 기반으로 단순화된 행동 모델이 생성되었습니다. 이를 통해 물리적 센서 데이터를 통해 언제든지 핫스팟의 현재 응력을 높은 확실성으로 확인할 수 있으며 이를 기반으로 강력한 서비스 수명 계산이 가능해집니다.
FKM 지침(기계적 강도 평가 구성요소) 따른 필수 계산 통합에 관해서는Michael Altmann은 다음과 같이 설명합니다. “실제 시스템의 각 움직임은 병렬로 작동하는 디지털 트윈에 해당 응력을 제공합니다. 이전에 작동 방식에서 파생된 부하 스펙트럼을 기반으로 Excel 스프레드시트를 사용하여 수행했던 서비스 수명 평가는 이제 디지털 트윈의 도입 덕분에 실제로 발생하는 부하 스펙트럼을 기반으로 한 평가로 더욱 발전할 수 있습니다. 이번 파일럿 프로젝트는 ITficient와 CADFEM이 제안한 디지털 트윈 개념에 대한 개념 증명 역할을 했으며 성공적으로 완료되었습니다.
Dashboard provides complete overview in real time
디지털 트윈과 그에 수반되는 데이터 분석은 기존 VHP 인프라에 쉽게 통합될 수 있는 플랫폼 중립적 솔루션으로 설계되었습니다. 솔루션에서는 계산에 필요한 모든 데이터와 그 이상을 ITficient가 관리, 분석 및 시각화 합니다.
대시보드는 전체 Rabenstein 터빈1에 대한 실시간 개요를 제공하여 센서 및 가상 센서의 데이터와 남은 서비스 수명을 보여줍니다.
이를 통해 관련 시스템 구성 요소의 가용성을 평가하고 적시에 필요한 조치를 시작할 수 있습니다. 분석을 위해 개별 적으로 정의된 기간과 측정항목을 검사하고 선택한 데이터를 그래픽 또는 표 형식으로 표시할 수 있습니다. 이를 통해 서로 다른 데이터 포인트 간의 특정 상관관계를 독립적으로 선택할 수 있습니다.
다음 단계는 구조 계산 외에도 흐름 분석 및 전자기 시뮬레이션과 같은 측면이 가능한 후보인 디지털 트윈과 같은 추가 구성 요소를 포함하는 것입니다. 운영 조건의 변화로 이어지는 통찰력은 귀중한 정보입니다. 시뮬레이션을 통해 다양한 사용 시나리오를 조사할 수 있으며, 이를 통해 실제 시스템 상태에 따라 이상적인 작동 모드(최적화된 작동)를 선택할 수 있습니다. 후속 프로토타입 단계에서는 ITficient와 CADFEM이 각각의 파일럿 프로젝트를 준비하고 구현합니다.
Assessing different scenarios
단지 몇 가지 구성 요소만 사용하고 이에 대한 다양한 시나 리오를 연구합니다.”라고 Michael Artmann은 말합니다. "'X가 발생하면 어떻게 될까요'라고 묻는 이 프로세스는 시스템을 시스템 친화적인 방식으로 작동하는 방법이나 시스 템이 매우 높은 부하에서 작동할 경우 서비스 수명에 어떤 의미가 있는지에 대한 더 큰 통찰력을 제공할 수 있습니다."
전략적 목표는 적시에 필요한 양의 에너지를 제공하고 변동성이 큰 태양광 및 풍력 발전과 네트워크 제어 수력발전을 경제적인 방식으로 결합할 수 있는 가능성을 제공하는 것입니다. 경제적관점에서 시스템 작동 모드를 평가하는 것 외에도 디지털 트윈의 또 다른 중요한 동기는 시스템 상태 및 예측 유지 관리 구현에 대해 얻은 정보를 통해 계획되지 않은 가동 중지 시간을 방지하고 가용성을 극대화하는 것입니다. 한 가지 흥미로운 하위 측면은 경험적으로 결정된 검사 주기 길이를 얼마나 연장할 수 있는지에 대한 질 문입니다. Hollauf 박사는 ITficient와 CADFEM을 의뢰하면서 기존 파트너십을 활용할 수 있다는 점에 특히 만족했습니다. 또한, 그는 짧은 개발 단계와 페어분트의 피드백을 직접 구현하는 민첩한 개발 프로세스를 높이 평가합니다. “이정표가 마련되면 우리가 함께 올바른 길을 가고 있는지 확인이 필요합니다.
조정을 하거나 코스를 변경할 수도 있습니다. 이는 처음에 공통의 관점과 목표를 개발하고 이를 단계별로 수행해야 했던 초기에 특히 유용했습니다.
Individual recommendations for power plants
전반적으로 VHP 프로젝트에 참여한 모든 사람들은 현재까지 성취된 성과에 매우 만족하고 있습니다. 10주 만에 개념증명이 개발되어 2D 도면에서 작동 가능한 디지털트윈으 로 구현되었습니다.
“여기서 달성한 결과를 토대로 우리는 긍정적인 평가에 따라 더욱 완전하게 시행하기 위해 2019년에 파일럿 단계를 확장하거나 평가를 종료할 수 있을 것이라고 매우 낙관하고 있습니다. "라고 Hollauf 박사는 보고합니다.
“수력 발전소의 가용성을 최대한 높이는 것 외에도 우리는 남은 서비스 수명에 대해 보다 정확한 예측을 얻는 것을 목표로 합니다.
또한 상태 기반 서비스와 값비싼 수리 비용 절감 측면에서도 이점을 기대합니다. 또한, 우리는 다음에 대한 권장 사항을 만들 계획입니다.
네트워크 작업 제어 운영을 통해 발전소를 보다 경제적으로 만들기 위해 개별 발전소를 운영합니다. 인공지능을 활용 한 피해분석과 패턴인식을 바탕으로 개별 발전소를 시스템별로 고도화 하는 것을 목표로 하고 있다”고 말했다.
Digital twin looks ahead
미래의 수력발전소는 '투명한 발전소'가 될 것입니다.
이는 공장의 현재 및 예상 상태에 대한 포괄적이고 자세한 정보를 지속적으로, 이상적으로는 초 단위까지 정확하게 제공할 수 있다는 것을 의미합니다. 유럽의 주요 수력 발전 회사 중 하나인 VERBUND Hydro Power GmbH(VHP)는 디지털 트윈과 가상 센서를 사용하여 이 목표를 달성하는 것을 목표로 합니다.
Greater transparency in the “digital hydropower plant”
디지털 트윈 외에도 강바닥 조사 및 검사를 위한 새로운 도구는 디지털 수력 발전소로의 길을 열어줄 것입니다
단독으로 또는 파트너와 함께 VHP는 오스트리아와 독일에서 120개 이상의 수력 발전소를 운영하고 있습니다. 내부 및 외부 전문가, 연구 커뮤니티, 컨설턴트 및 장비 제조업체와 함께 VHP는 새로운 이니셔티브의 두 가지 주요 문제인 "디지털 워크플로우 관리"에 중점을 두었습니다. 즉, 현장 동료의 디지털 계획 및 작업 프로세스 처리를 위한 모바일 솔루션입니다. 매우 광범위하게 계획된 프로젝트 설명과 매우 혁신적인 성격을 지닌 "디지털 수력 발전소"입니다.
디지털 수력 발전소의 프로젝트 책임자인 엔지니어 Dr. Bernd Hollauf는 다음과 같이 설명합니다. “우리 수력 발전소는 이미 100% 자동화되었으며 중앙 집중식 기반을 통해 제어됩니다. 따라서 일반적으로 발전소에는 무인이며 사람들은 오류가 발생하거나 검사가 수행되는 경우에만 점검을 위해 현장에 있습니다.
중앙 프로세스 데이터 보관을 포함하여 기계, 건물 및 환경을 위한 센서 기술이 마련되어 있습니다.”
그러나 시스템은 일반적으로 여전히 독립형 솔루션이므로 이제 목표는 시스템을 최대한 멀리 연결하는 것입니다. 이를 달성하기 위해 Hollauf 박사와 그의 동료들은 다양한 업계의 다양한 디지털화 기술을 연결하는데 사용할 수 있는 솔루션을 찾기 위해 노력하고 있습니다. “우리의 목표는 디지털 보조 장치를 사용하여 현장 직원에게 가능한 가장 포괄적인 지원을 제공하는 것입니다.”라고 Hollauf 박사는 강조합니다. 그 중 하나는 기존 데이터에서 어떤 부가가치를 창출할 수 있는지 조사하는 것입니다.
동시에 디지털 트윈 외에도 우리는 강바닥 측정 및 검사를 위한 새로운 도구를 배포하고 있습니다. 예를 들어 수면에서 자율주행 차량을 사용하거나 다이빙 로봇과 같은 원격 조종 수중 차량입니다.
Pilot application at the Rabenstein power plant
무어(Mur)강의 중형 하천 발전소인 스티리아(Styria)의 대표적인 라벤슈타인(Rabenstein) 발전소가 선정되었습니다.
약 30년 된 발전소에 대한 계획은 아직 종이 형태로 남아 있는데, 이는 여기서 얻은 경험을 일반적 으로 더 오래된 다른 발전소에 적용하는 것이 가능하다 는 것을 의미합니다.
“디지털 트윈에 대한 우리의 개념에는 시뮬레이션 사 용이 포함됩니다. 이것이 우리가 수년간 제품 개발의 시뮬레이션 파트너로 우리와 협력하고 ANSYS 제공업체로서 조언과 지원을 제공하는 CADFEM 그룹을 파트너로 선택한 이유입니다.”라고 Project의 엔지니어인 Michael Artmann은 말합니다. Hydro Power GmbH의 "Digital Twin" 하위 프로젝트 관리자입니다. 이 프로젝트는 CADFEM 그룹의 일부이며 빅데이터 분석, 센서 데이터 및 기타 데이터 소스의 준비 및 통합을 전문으로 하는 스타트업인 스위스 기업 ITfi cient AG가 주도하고 있습니다.
시뮬레이션기반 디지털 트윈은 구성 요소가 사전에 예측할 수 없는 다양한 응력을 받는 경우 가장 유용합니다. 이를 통해 예를 들어 마모로 인한 균열 형성과 같은 열화를 예측할 수 있습니다.
과도한 스트레스로 인해 손상이 발생하기 전에 부품을 적시에 교체할 수 있습니다. 파일럿 프로젝트를 수행하기 위해 터빈 러너의 조정 메커니즘에 있는 구성요소가 선택되었습니다.
Simulation models for strength calculations
시뮬레이션의 기초로서 첫 번째 단계는 기존 설계도면을 사용하여 이 조정레버의 3D CAD 모델을 만드는 것이었습니다. 후속 강도 계산에서는 부품에 최대 응력이 가해지는 임계점이 표시되었습니다. 신속하면서도 정확한 계산을 수행하기 위해 해당 정보를 기반으로 단순화된 행동 모델이 생성되었습니다. 이를 통해 물리적 센서 데이터를 통해 언제든지 핫스팟의 현재 응력을 높은 확실성으로 확인할 수 있으며 이를 기반으로 강력한 서비스 수명 계산이 가능해집니다.
FKM 지침(기계적 강도 평가 구성요소) 따른 필수 계산 통합에 관해서는Michael Altmann은 다음과 같이 설명합니다. “실제 시스템의 각 움직임은 병렬로 작동하는 디지털 트윈에 해당 응력을 제공합니다. 이전에 작동 방식에서 파생된 부하 스펙트럼을 기반으로 Excel 스프레드시트를 사용하여 수행했던 서비스 수명 평가는 이제 디지털 트윈의 도입 덕분에 실제로 발생하는 부하 스펙트럼을 기반으로 한 평가로 더욱 발전할 수 있습니다. 이번 파일럿 프로젝트는 ITficient와 CADFEM이 제안한 디지털 트윈 개념에 대한 개념 증명 역할을 했으며 성공적으로 완료되었습니다.
Dashboard provides complete overview in real time
디지털 트윈과 그에 수반되는 데이터 분석은 기존 VHP 인프라에 쉽게 통합될 수 있는 플랫폼 중립적 솔루션으로 설계되었습니다. 솔루션에서는 계산에 필요한 모든 데이터와 그 이상을 ITficient가 관리, 분석 및 시각화 합니다.
대시보드는 전체 Rabenstein 터빈1에 대한 실시간 개요를 제공하여 센서 및 가상 센서의 데이터와 남은 서비스 수명을 보여줍니다.
이를 통해 관련 시스템 구성 요소의 가용성을 평가하고 적시에 필요한 조치를 시작할 수 있습니다. 분석을 위해 개별 적으로 정의된 기간과 측정항목을 검사하고 선택한 데이터를 그래픽 또는 표 형식으로 표시할 수 있습니다. 이를 통해 서로 다른 데이터 포인트 간의 특정 상관관계를 독립적으로 선택할 수 있습니다.
다음 단계는 구조 계산 외에도 흐름 분석 및 전자기 시뮬레이션과 같은 측면이 가능한 후보인 디지털 트윈과 같은 추가 구성 요소를 포함하는 것입니다. 운영 조건의 변화로 이어지는 통찰력은 귀중한 정보입니다. 시뮬레이션을 통해 다양한 사용 시나리오를 조사할 수 있으며, 이를 통해 실제 시스템 상태에 따라 이상적인 작동 모드(최적화된 작동)를 선택할 수 있습니다. 후속 프로토타입 단계에서는 ITficient와 CADFEM이 각각의 파일럿 프로젝트를 준비하고 구현합니다.
Assessing different scenarios
단지 몇 가지 구성 요소만 사용하고 이에 대한 다양한 시나 리오를 연구합니다.”라고 Michael Artmann은 말합니다. "'X가 발생하면 어떻게 될까요'라고 묻는 이 프로세스는 시스템을 시스템 친화적인 방식으로 작동하는 방법이나 시스 템이 매우 높은 부하에서 작동할 경우 서비스 수명에 어떤 의미가 있는지에 대한 더 큰 통찰력을 제공할 수 있습니다."
전략적 목표는 적시에 필요한 양의 에너지를 제공하고 변동성이 큰 태양광 및 풍력 발전과 네트워크 제어 수력발전을 경제적인 방식으로 결합할 수 있는 가능성을 제공하는 것입니다. 경제적관점에서 시스템 작동 모드를 평가하는 것 외에도 디지털 트윈의 또 다른 중요한 동기는 시스템 상태 및 예측 유지 관리 구현에 대해 얻은 정보를 통해 계획되지 않은 가동 중지 시간을 방지하고 가용성을 극대화하는 것입니다. 한 가지 흥미로운 하위 측면은 경험적으로 결정된 검사 주기 길이를 얼마나 연장할 수 있는지에 대한 질 문입니다. Hollauf 박사는 ITficient와 CADFEM을 의뢰하면서 기존 파트너십을 활용할 수 있다는 점에 특히 만족했습니다. 또한, 그는 짧은 개발 단계와 페어분트의 피드백을 직접 구현하는 민첩한 개발 프로세스를 높이 평가합니다. “이정표가 마련되면 우리가 함께 올바른 길을 가고 있는지 확인이 필요합니다.
조정을 하거나 코스를 변경할 수도 있습니다. 이는 처음에 공통의 관점과 목표를 개발하고 이를 단계별로 수행해야 했던 초기에 특히 유용했습니다.
Individual recommendations for power plants
전반적으로 VHP 프로젝트에 참여한 모든 사람들은 현재까지 성취된 성과에 매우 만족하고 있습니다. 10주 만에 개념증명이 개발되어 2D 도면에서 작동 가능한 디지털트윈으 로 구현되었습니다.
“여기서 달성한 결과를 토대로 우리는 긍정적인 평가에 따라 더욱 완전하게 시행하기 위해 2019년에 파일럿 단계를 확장하거나 평가를 종료할 수 있을 것이라고 매우 낙관하고 있습니다. "라고 Hollauf 박사는 보고합니다.
“수력 발전소의 가용성을 최대한 높이는 것 외에도 우리는 남은 서비스 수명에 대해 보다 정확한 예측을 얻는 것을 목표로 합니다.
또한 상태 기반 서비스와 값비싼 수리 비용 절감 측면에서도 이점을 기대합니다. 또한, 우리는 다음에 대한 권장 사항을 만들 계획입니다.
네트워크 작업 제어 운영을 통해 발전소를 보다 경제적으로 만들기 위해 개별 발전소를 운영합니다. 인공지능을 활용 한 피해분석과 패턴인식을 바탕으로 개별 발전소를 시스템별로 고도화 하는 것을 목표로 하고 있다”고 말했다.