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Tutti i vantaggi della tecnologia Digital Twin applicata ai parchi eolici attraverso un esempio concreto

Assumendo un ruolo di primo piano nella transizione verso la produzione di energia rinnovabile, Doosan Heavy Industries & Construction sta lavorando per migliorare l'efficienza delle turbine eoliche ed espandere l'uso dell'energia eolica. Con sede a Changwon, Corea del Sud, Doosan ha collaborato con Microsoft e Bentley Systems per sviluppare un digital twin dei suoi parchi eolici. Ha utilizzato il digital twin per massimizzare la produzione energetica e ridurre i costi di manutenzione delle strutture esistenti e migliorare la progettazione delle sue turbine eoliche di nuova generazione.

Una leadership nel campo delle energie rinnovabili

Nel luglio 2020, la Corea del Sud ha annunciato il suo piano Green New Deal, che prevede l'obiettivo di generare il 20% di elettricità del paese da risorse rinnovabili entro il 2030. Poiché il governo si concentra sullo stimolo della propria economia con una crescita ecologica e a basso contenuto di carbonio, il passaggio a risorse rinnovabili aiuterà il paese a ridurre la propria dipendenza dal petrolio e dal gas naturale importato e a ridurre le emissioni di carbonio poiché cerca di raggiungere gli obiettivi concordati nell'Accordo di Parigi.

In qualità di leader globale nei campi dell'ingegneria, dell'approvvigionamento, dell'edilizia, della produzione pesante, della generazione di energia e dei servizi di dissalazione, Doosan Heavy Industries & Construction è stata nominata per assumere un ruolo fondamentale nel raggiungimento degli obiettivi del Green New Deal, poiché l'azienda sta lavorando per innovare nuovi percorsi nel campo della generazione di energia rinnovabile. Già leader nella produzione e costruzione di parchi eolici in Corea del Sud con 96 megawatt (MW) di capacità produttiva oggigiorno, Doosan prevede di mantenere questa leadership mentre il governo procede con piani per aggiungere 2,5 gigawatt (GW) di capacità aggiuntiva del parco eolico come parte del programma, che sarebbe il 4% dell'attuale capacità di generazione di elettricità del paese.

Turbine eoliche WinDS3000

Gestione di un portafoglio crescente di parchi eolici con il contributo della digitalizzazione

Doosan ha installato la sua prima turbina eolica, la WinDS3000, nel 2010, con una potenza nominale di 3 MW. Da allora ha sviluppato altri due modelli, la WinDS3300, valutata a 3,3 MW, e la WinDS5500, valutata a 5,56 MW. Ora sta sviluppando un'unità ancora più grande, la WinDS8000, che ha una potenza nominale di 8 MW. Doosan dispone attualmente di 16 parchi eolici sudcoreani, in grado di produrre elettricità sufficiente per alimentare fino a 35.000 case all'anno.

Altrettanto importanti quanto i progressi nella progettazione e nella produzione, sono le innovazioni nei controlli e nelle operazioni digitali apportati da Doosan. Con i parchi eolici che operano da remoto, è importante monitorare le operazioni, prevedere i requisiti di manutenzione prima che si verifichino errori e ridurre la necessità di ispezioni fisiche da parte del personale di manutenzione. Inoltre, è fondamentale che gli operatori siano in grado di prevedere la potenza di uscita di un parco eolico, che varia in base alle condizioni meteorologiche, in modo che gli operatori della rete elettrica possano pianificare il modo migliore per soddisfare le esigenze di elettricità del paese.

La sfida consiste nel fatto che i dati per fare queste previsioni provengono da molteplici fonti, a volte centinaia o migliaia, il che rende difficile per gli operatori gestire, consolidare e convertire i dati in informazioni dettagliate azionabili per prevedere il comportamento futuro.

Perché creare un digital twin di un parco eolico?

Doosan si è resa conto che la creazione di un digital twin di un parco eolico esistente sarebbe stato il modo più economico ed efficiente per combinare tutte le numerose fonti di dati necessarie per comprendere le operazioni dei suoi parchi eolici.

Un digital twin del parco eolico combina in tempo reale i dati IoT (Internet of Things) e altri dati sul clima e sul parco eolico con modelli di apprendimento automatico e basati sulla fisica per prevedere con precisione l'output di produzione per ogni turbina del parco.

«I vantaggi di un digital twin sono immensi», spiega Seiyoung Jang, General Manager of Strategy and Innovation di Doosan Heavy Industries & Construction. «Lo usiamo per combinare un'enorme quantità di dati difficili da consumare e creare così informazioni dettagliate comprensibili e azioni semplici che sostituiscono i flussi di lavoro precedentemente disconnessi».

Microsoft Azure per una rapida implementazione

Per creare questi digital twin, Doosan si è rivolta a Microsoft e Bentley Systems, un membro del Microsoft Partner Network.

Bentley Systems offre competenze leader nel settore della modellazione delle infrastrutture insieme alla sua piattaforma iTwin per la creazione di digital twin industriali 3D. Poiché Bentley supporta il suo servizio iTwin con i digital twin di Azure e l'hub IoT di Azure, clienti come Doosan ottengono una soluzione che acquisisce e modella rapidamente grandi quantità di dati operativi complessi dai sensori IoT delle turbine eoliche e da altre fonti, che si possono quindi facilmente visualizzare e comprendere.

Combinando l'iTwin e i digital twin di Azure, gli utenti possono simulare, visualizzare e ottimizzare ogni aspetto della pianificazione, dell'implementazione e del monitoraggio continuo dell'infrastruttura – dall'efficienza energetica e la sicurezza dei dipendenti alla resilienza degli asset e alla risposta alle catastrofi.

Applicazione iTwin

Doosan utilizza le funzionalità flessibili di modellazione dei digital twin di Azure per creare modelli digitali completi che incorporano i dati provenienti dai sensori IoT sulle turbine eoliche, così come i dati meteorologici e la potenza di uscita prevista. L'applicazione iTwin di Bentley può quindi combinare queste informazioni con modelli CAD 3D e 4D e modelli di realtà per creare soluzioni complete che rivoluzionano il modo in cui i progetti infrastrutturali sono ideati, costruiti e gestiti.

«Forniamo una piattaforma per sviluppatori basata sui digital twin di Azure», afferma Pavan Emani, Vice President of iTwin Software Development di Bentley Systems, riferendosi alla partnership tra Bentley e Microsoft. «Gli utenti visualizzano i dati IoT nel nostro visualizzatore del digital twin e generano informazioni approfondite con Azure Time Series Insights e le dashboard Power BI in Microsoft Teams.»

Utilizzo dei dati per una maggiore efficienza

Utilizzando il suo modello 3D nell'iTwin combinato con i digital twin e l'hub IoT di Azure, Doosan ha implementato due soluzioni chiamate Performance Watchdog e Power Prediction.

Performance Watchdog fornisce dati sulla produzione di energia in tempo reale e li confronta con due modelli di dati: uno è un modello delle turbine eoliche e delle condizioni meteorologiche attuali basato sulla fisica, mentre l'altro si basa su un algoritmo di apprendimento automatico dai dati dei sensori disponibili. Confrontando l'effettiva produzione di un parco eolico con la potenza di uscita prevista, gli operatori del parco eolico possono perfezionare i controlli per ottimizzare la produzione e pianificare la manutenzione necessaria.

Doosan utilizza invece la soluzione Power Prediction per prevedere la futura produzione di energia sulla base dei dati meteorologici previsti così come per migliorare la pianificazione operativa.

Diagramma dell'architettura; per una versione più grande, vai alla sezione Download nella barra laterale sinistra

«Per mantenere il nostro vantaggio competitivo e aumentare l'efficienza energetica, dobbiamo ottimizzare il funzionamento delle turbine attraverso l'analisi dei dati e raccogliere feedback per sviluppare e testare i progressi nello sviluppo di turbine eoliche», afferma Jang. «Abbiamo creato soluzioni con i digital twin e l'hub IoT di Azure e la piattaforma iTwin di Bentley per rendere possibile tutto ciò, combinando i dati provenienti da più fonti e creando informazioni dettagliate azionabili.»

Le soluzioni Performance Watchdog e Power Prediction si basano su una precedente collaborazione tra Doosan, Bentley e Microsoft per modellare le condizioni meteorologiche lungo la costa sudcoreana dove si trova il parco eolico di Doosan.

Grazie ai digital twin e all'hub IoT di Azure e alla visualizzazione digitale dell'iTwin di Bentley, abbiamo potuto sfruttare i componenti predefiniti per creare rapidamente il modello del parco eolico e ora lo utilizziamo per sviluppare nuove tecnologie innovative e creare nuove opportunità di business.

Seiyoung Jang, General Manager of Strategy and Innovation Doosan Heavy Industries & Construction

Con le soluzioni Performance Watchdog e Power Prediction, Doosan ritiene che unendo l'iTwin, i digital twin e l'hub IoT di Azure riuscirà a raggiungere i suoi obiettivi di miglioramento sia del monitoraggio sia dell'affidabilità della produzione di energia nel suo parco eolico. Ottenere informazioni più approfondite sulla produzione di parchi eolici grazie alle sue soluzioni digital twin significa anche che Doosan può prevedere con maggiore precisione le prestazioni energetiche.

Previsioni accurate sulla produzione consentono a Doosan di migliorare i ricavi dei parchi eolici aumentando gli impegni di produzione assunti nei confronti degli operatori della rete energetica sudcoreana, evitando al contempo multe per non aver rispettato tali impegni.

Bentley ha osservato in altre strutture come la tecnologia digital twin ha contribuito a ridurre del 15% i costi operativi e di manutenzione. Alcuni potenziali vantaggi che Doosan potrebbe ricevere sono la riduzione delle attività di manutenzione, la riduzione delle interruzioni forzate, un minor numero di ispezioni e una migliore disponibilità.

«Pensiamo che il modello del digital twin rappresenti una nuova opportunità per il settore energetico e intendiamo espanderlo non solo nel campo dell'energia eolica, ma anche all'interno del nostro portafoglio di energia rinnovabile», aggiunge Jang. «Ci aiuterà a rispettare il nostro impegno per la sostenibilità ambientale e un futuro energetico più luminoso per tutti».

Dobbiamo ottimizzare il funzionamento delle turbine attraverso l'analisi dei dati e raccogliere feedback per sviluppare e testare i progressi nello sviluppo delle turbine eoliche. Abbiamo creato soluzioni con i digital twin e l'IoT Hub di Azure e la piattaforma iTwin di Bentley per renderlo possibile.

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