Elektrownia Big Bend w Tampa na Florydzie

W 2018 r. firma Tampa Electric Company (TEC) z grupy Emera, zapewniająca zasilanie ponad 750 000 klientom w zachodniej części środkowej Florydy, rozpoczęła projekt modernizacji elektrowni Big Bend. Celem tego przedsięwzięcia była konwersja z węgla na wydajny gazowy proces łączony. Elektrownia Big Bend zajmuje obszar 1500 akrów, a w skład całego kompleksu wchodzą cztery zespoły opalane węglem o łącznej mocy wyjściowej ponad 1700 MW. W ciągu 15 lat dodano cztery zespoły prądotwórcze, a w 2009 r. zainstalowano gazowy zespół szczytowy, zapewniający dodatkową moc w szczycie zapotrzebowania.

Zapewnienie bezpiecznej, niezawodnej i ekonomicznej produkcji energii przy jednoczesnym zaspokajaniu rosnącego zapotrzebowania wymagało rozpoczęcia projektu modernizacji. Jej cel to eliminacja zużycia węgla w procesie wytwarzania energii elektrycznej, a także zmniejszenie ilości wody w procesie wytwarzania, redukcji ilości ścieków, eliminacji odpadów stałych oraz zmniejszenia emisji. Projekt obejmuje także ponowne włączenie jednostki 1 do zakładu działającego w cyklu łączonym z dwoma generatorami turbin spalinowych (CTG), dwoma generatorami pary z odzyskiwaniem ciepła (HRSSG), jak też znaczące modyfikacje związane z zasilaniem generatora turbiny parowej (STG) jednostki 1. Projekt obejmuje też towarzyszące obiekty transmisji i połączeń oraz infrastrukturę służącą do przesyłu gazu ziemnego.

Do ciągłej aktualizacji cyfrowego bliźniaka, utworzonego z wielobranżowych modeli projektowych i ponad 2000 plików, firma Sargent & Lundy wykorzystała pełną funkcjonalność modelowania aplikacji MicroStation. Aplikacja ta była wykorzystywana również do włączenia danych w chmurze punktów ze skanów laserowych fizycznego majątku trwałego. Te zostały następnie rozszerzone o komponenty inżynierskie i projekty powykonawcze.

Projektowanie zakładu odbyło się przy użyciu narzędzia OpenBuildings i otwartej aplikacji do symulacji firmy Bentley, w tym STAAD i ProStructures. Celem była optymalizacja integracji stalowych wsporników rur i ograniczenia spawów przemysłowych w stali galwanizowanej. Przyjęte rozwiązanie pozwoliło zaoszczędzić ponad 500 000 USD. Ponadto program LumenRT umożliwił wzbogacenie wizualizacji projektów.

Zastosowanie cyfrowego bliźniaka pozwoliło doprowadzić do poprawy współpracy i zwiększenia koncentracji w obszarze wdrażania najlepszych praktyk, by zapewnić terminową realizację. Cyfrowy bliźniak został użyty do wizualizacji i weryfikacji projektu. Pozwoliło to zespołowi na szybkie uzyskiwanie opinii zwrotnych od wewnętrznych i zewnętrznych interesariuszy, skrócenie czasu reakcji o około 40%, poprawę sprawności konstrukcyjnej, bezpieczeństwa zakładu oraz długoterminowego planowania prac konserwacyjnych. Wspólne przeglądy modeli umożliwiły zmniejszenie liczby publikacji rysunków, co przekłada się na zaoszczędzenie około 200 roboczogodzin. Z kolei wykorzystanie kontekstu cyfrowego zwiększyło dokładność projektowania o 20%, a także zmniejszyło o połowę liczbę wizyt w zakładzie.

Innowacje wykorzystujące cyfrowe bliźniaki to rewolucja, która umożliwiła projektantom dopasowanie wszystkich danych technicznych do jednego źródła modelu prawdy, dzięki czemu można tworzyć projekty z wykorzystaniem istniejących warunków i natychmiast zobaczyć wpływ zmian – powiedział Edward Hanko, kierownik projektu w firmie Sargent & Lundy. Funkcje te były bezcenne, ponieważ umożliwiły naszym inżynierom skuteczne rozwiązywanie problemów i dały im większą pewność w zakresie wpływu ich projektów – dodał.

Jak zapewnić bezpieczeństwo tam Copel w Brazylii?

Nowe wymagania w zakresie bezpieczeństwa w zakresie zapór, wprowadzone niedawno w Brazylii, wymusiły na firmie Companhia Paranaense de Energia (Copel) wprowadzenie nowych rozwiązań. Copel obsługuje 30 własnych elektrowni, ma udziały w 11 innych, w tym w 24 elektrowniach wodnych, dwóch elektrowniach termicznych i 15 elektrowniach wiatrowych. Ich łączna moc to 5675 MW. Ponadto posiada 4647 km linii przesyłowych i 45 podstacji służących do obsługi ponad 4,6 mln klientów. Z kolei 33 495 km światłowodów pozwala świadczyć usługi telekomunikacyjne dla 178 000 klientów. Firma jest pionierem w zakresie badań oddziaływania na środowisko oraz raportów budowlanych dla elektrowni wodnych. Angażuje się także w zrównoważony rozwój.

Jedna z tam należących do Copel w Brazylii. Źródło: Bentley Systems

Przepisy federalne, które obowiązują od 2010 r., ustanowiły nowy krajowy plan bezpieczeństwa tam (Política Nacional de Segurança de Barragens, PNSB). Znajduje on zastosowanie w przypadku tam służących do przechowywania wody do wszystkich zastosowań, jak również do wytwarzania energii. Wg przepisów PNSB konieczne jest opracowanie dokumentów dla każdej tamy, by pomóc kierownictwu w określeniu bezpieczeństwa konstrukcji. W dokumentacji tej zawierać się mają dane techniczne z budowy, eksploatacji i konserwacji. Służy on też jako narzędzie planowania oraz zarządzania bezpieczeństwem.

Do 2018 r. Copel posiadała jedynie reprezentatywną część danych technicznych najstarszych zapór. Większość była rysowana ręcznie podczas budowy tam i uległa uszkodzeniu w miarę upływu czasu. Niektóre konstrukcje odnowiono i zmieniono bez zarejestrowania zmian, a to wzbudziło obawy dotyczące aktualności rysunków.

Opracowanie dokumentacji dla PNSB, obejmujące interpretowanie starych rysunków, prace w trudno dostępnych miejscach w celach geodezyjnych i kompilowanie zdecentralizowanych informacji, było bardzo trudne. Mimo bardzo dokładnych pomiarów (z użyciem elektronicznej taśmy mierniczej oraz fotografii dla kluczowych elementów) nie było możliwe zarejestrowanie wszystkich szczegółów tych zapór, które są konstrukcjami bardzo skomplikowanymi. Jednym z kluczowych problemów do pokonania podczas przygotowywania dokumentów był bardzo trudny dostęp do zapory, przelewu, elektrowni i niektórych elementów obwodu generacji (wlot wody i zastawki). Najczęściej znajdowały się one w górzystym terenie pokrytym gęstą roślinnością.

Copel potrzebowała nowej strategii, gdyż w większości przypadków informacje dotyczące zapory stanowiły dark data. Ustalono więc, że dobrym rozwiązaniem jest stworzenie cyfrowych bliźniaków każdej zapory, aby wykorzystać kontekst modelowania rzeczywistości, danych historycznych oraz nowych danych generowanych przez otwarte aplikacje firmy Bentley do modelowania i symulacji. Chcąc spełnić wymagania planu bezpieczeństwa wszystkich 10 zapór, firma Copel postanowiła przeprowadzić projekt pilotażowy i opracować cyfrowe bliźniaki trzech małych elektrowni wodnych – Marumbi, Chaminé i Salto do Meio.

Do pomiarów wykorzystano drony, a wszystkie obrazy zostały przetworzone za pomocą rozwiązania ContextCapture. Zespół wykorzystał też aplikacje OpenBuildings i Descartes do utworzenia cyfrowego bliźniaka. Wyselekcjonowano informacje dotyczące terenu i poziomów, a także użyto oprogramowanie OpenRoads Designer i MicroStation do uzupełnienia modeli. W dalszej kolejności powstały widoki planu, przekroje i wizualizacje za pomocą wcześniej skonfigurowanych narzędzi dynamicznego przekroju poprzecznego. Wykonano to tak, by grubość linii, kreskowanie i kolor spełniały normy konstrukcyjne Copel. Firma LumenRT udostępniła też prosty, a zarazem intuicyjny interfejs do wizualizacji oraz przekazywania informacji o każdym z zakładów.

Pomiary wykonywane z użyciem dronów zwiększyły jakość i bogactwo szczegółów, jednocześnie też skróciły czas potrzebny na wykonanie pracy dla każdej tamy do 16 godz. Wcześniej niepełne pomiary zajmowały 120 godz. Harmonogram prac dla trzech zakładów objętych programem pilotażowym cyfrowych bliźniaków został dotrzymany, podobnie jak udało się w terminie wykonać prace dla wszystkich 10 zakładów, co przekroczyło oczekiwania klientów w zakresie jakości, ilości szczegółów, a także czasu na pozyskanie i udokumentowanie informacji. Wdrożony proces nie tylko pomógł przyspieszyć tworzenie raportów i dotrzymać terminu opracowania PSB, ale także pozwolił na ograniczenie zasobów roboczych wspierających ten proces o 87%.

Wykorzystanie tego oprogramowania i dronów zapewniło szybką i szczegółową kontrolę techniczną w celu oceny bezpieczeństwa tam i powiązanych struktur, umożliwiając rejestrację i nagrywanie cyfrowe danych. Obecnie dysponujemy uaktualnionym, cyfrowym archiwum technicznym, które ułatwia zarządzanie naszym majątkiem trwałym – mówi Roberto Seara, menedżer działu inżynierii wodno-lądowej, nadzoru inżynierskiego oraz projektów związanych z generowaniem i przesyłaniem energii firmy Copel.

Przeczytaj także: Chińskie projekty BIM: nowe standardy w branży produkcyjnej i energetycznej