Автор: Генеральный директор АО «Трансэнерком» Шевцов Олег Владимирович
Цифровые двойники в энергетике
Цифровизация становится все более значимой составляющей энергетической отрасли. По данным крупных европейских исследователей в 2019 году размер рынка цифровых технологий в мировой энергетике составил 54 млрд долларов, и с каждым годом он будет увеличиваться на 3-5%. В России этому вопросу также уделяется большое внимание. В ближайшие пять лет в разработку цифровых двойников и формирование национального Digital Brainware – оцифровку всех дорогостоящих натурных физических экспериментов, проводимых в различных производственных отраслях, начиная с советского времени, — будет инвестировано около 145 млрд рублей.
Цифровой двойник (Digital twins) – это виртуальный прототип любого объекта: от небольшого станка до огромного производственного комплекса. Созданный с помощью современных компьютерных технологий виртуальный двойник полностью воспроизводит свой прототип, включая все технические особенности, в том числе износ составляющих частей.
С помощью цифровых двойников (ЦД) можно проводить различные эксперименты, например, увеличивать нагрузку на производство или посмотреть, как будет происходить весь цикл работ при внедрении новых технологий. ЦД позволяют проверять теории и гипотезы, а, главное, строить подробные и реальные прогнозы работы как отдельного объекта, станка или цикла, так и целого предприятия. При этом погрешность между работой виртуальной модели и реальным объектом составляет не более 5%.
Кроме того, цифровые двойники позволяют существенно экономить затраты на проектирование крупных производств и эксплуатацию отдельных его частей, например, станков или производственных узлов, так как ремонт оборудования можно делать по необходимости, а не по утвержденному графику. Также именно Digital twins аккумулируют основные затраты на стадии проектирования, а не во время непосредственного строительства производственного объекта.
Так, например, по данным McKinsey, производственные компании, которые используют ЦД, смогут снизить затраты на техобслуживание на 10-40%, увеличить свою производительность до 5%, сократить время простоя на 30-50%, уменьшить затраты на обеспечение качества создаваемой продукции на 10-20%. Кроме того, при эксплуатации цифровых двойников компании могут ежегодно экономить до 25% от операционных затрат.
В России одним из лидеров по реализации цифровых программ является компания «Росатом», которая разработала и протестировала платформу программно-технического комплекса «Виртуально-цифровая АЭС» - это важный шаг на пути к созданию полноценных цифровых двойников энергоблоков АЭС.
Но, к сожалению, даже такие крупные компании, при создании Digital twins сталкиваются с рядом сложностей, затормаживающих реализацию данного направления. Во-первых, это низкий уровень развития CAD-, CAM- и CAE-систем, которые отвечают за проектирование и автоматизацию работы инженера-конструктора, расчеты и управление оборудованием с помощью специального ПО, анализ технологических процессов. Во-вторых, малая мощность большинства цифровых магистралей, которые не обеспечивают должную скорость передачи данных, необходимую для использования цифровых двойников. В-третьих, отсутствие вычислительных мощностей на базе предприятий, корпораций и ведущих вузов страны, обеспечивающих расчеты для наполнения цифровых моделей.
Но даже при наличии таких сложностей, уровень цифровизации российской энергетики достаточно высок: если до 2017 года, когда начали внедрять цифровые технологии в электроэнергетику, все сведения о работе компаний – как производственные, так и информация о поставляемом энергоносителе – собирались и систематизировали вручную, то сегодня на каждой подстанции более 80% данных обрабатывается автоматически. А доля промышленного интернета вещей в России на начало 2020 года составляет около 270 млрд рублей. И это, по прогнозам аналитиков, не предел.
Несмотря на сдерживающие факторы, такие как пандемия и экономический кризис, спрос на цифровые технологии в российской электроэнергетике продолжает расти. До 2030 года многие предприятия этого сектора планируют инвестировать в развитие цифровых двойников около 30 млрд евро, что позволит сделать значительный шаг вперед в развитии отрасли и минимизировать расходы на обслуживание оборудования.