行业:公用事业/发电 创新技术和高效协作的交付改造了佛罗里达州坦帕的 Big Bend 电站
产品:OpenBuildings、ContextCapture、Descartes、LumenRT、MicroStation、Navigator、Pointools、ProStructures、STAAD
用户:Sargent & Lundy
国家/地区:美国

使用数字孪生模型制定 Copel 大坝安全计划
产品:OpenBuildings、ContextCapture、Descartes、iModel.js、LumenRT、MicroStation、OpenBuildings、OpenRoads
用户:Companhia Paranaense de Energia (Copel)
国家/地区:巴西

2019年10月21日

数字孪生模型帮助电力运营商提高设计精确度,节约项目经费并增强监管合规性

公用事业部门越来越多地采用数字孪生模型工作流来改善项目交付中的跨专业协作,简化维护和检查工作,并满足合规性报告要求。在纵览基础设施 2019 大会年度提名名单中,有两家电力运营商正在实施数字孪生模型:Sargent & Lundy 在佛罗里达州坦帕市投资 8.53 亿美元兴建 Big Bend 发电厂;Companhia Paranaense de Energia (Copel)在巴西实施 Copel 大坝安全计划。

2018 年,致力于为佛罗里达州中西部 75 余万名客户供电的 Tampa Electric Company(简称 TEC)启动了 Big Bend 发电厂的改造项目:将燃煤电厂改造为高效的燃气联合循环电厂。Big Bend 发电厂占地 1,500 英亩,拥有四个燃煤发电机组,总产能超过 1,700 兆瓦。这四个发电机组的建造时间已超过 15 年,2009 年还安装了一个天然气峰值机组,以在用电高峰期提供额外的电力。

在满足日益增长的电力需求的同时,TEC 持续提供安全、可靠和经济的电力。该公司启动改造项目,避免发电期间的煤炭消耗,并在发电过程中力求减少给排水,避免固体废物并减少空气排放。该项目包括将 1 号机组改造成一个使用两台燃烧涡轮发电机 (CTG)、两台热回收蒸汽发电机 (HRSG) 的联合循环发电设施,并对 1 号机组现有的蒸汽涡轮发电机 (STG) 进行重大改造增容。该项目还包括相关的传输、互连设施和天然气基础设施。

为了在满足日益增长的电力需求的同时继续提供安全、可靠和经济的电力,TEC启动改造项目,避免发电期间的煤炭消耗,并在发电过程中力求减少给排水,消除固体废料并减少废气排放。该项目包括将 1 号机组改造成一个使用两台燃烧涡轮发电机 (CTG)、两台热回收蒸汽发电机 (HRSG) 的联合循环发电设施,并对 1 号机组现有的蒸汽涡轮发电机 (STG) 进行重大改造增容。该项目范围还包括相关的传输、互连设施和天然气基础设施。

Sargent & Lundy利用 MicroStation 的完整建模功能,持续更新利用多专业设计模型和 2,000 多个文件创建的数字孪生模型。此外,该项目团队还使用 MicroStation 整合点云数据,这些数据来自物理资产的激光扫描,而后通过工程组件和实际设计加以增强。

此数字环境借助OpenBuildings 和 Bentley 开放模拟应用程序(其中包括 STAAD 和 ProStructures),用于设计工厂,从而优化管道支撑辅助钢材的集成,减少镀锌钢的现场焊接,为项目节省 50 余万美元。借助 LumenRT 的可视化功能,设计效果予以进一步增强。

通过使用数字孪生模型,项目团队进一步增强协作,重点关注实施最佳实践以确保按时交付。通过使用数字孪生模型实现可视化并设计审查工作流,该项目团队能够立即获得内部和外部利益相关方的反馈,预计将响应时间缩短 40%,同时明显提高施工能力和站点安全性,改进长期维护规划。此类协作模式评审减少了图纸的发布数量,节省了约 200 个工时。与此同时,利用数字环境还将设计精度提高了20%,减少了一半的网站访问量。

“数字孪生模型创新技术打破了常规,它支持我们的设计师将所有的工程数据整合成单一真实模型源。这样,他们可以根据现有条件进行设计,并立即看到变化所带来的影响,”Sargent Lundy 设计经理 Edward Hanko 表示,“这些功能非常重要,它使我们的工程师能够有效解决问题,并对设计产生的影响更有信心。”

巴西最新颁布的法规要求 Copel 对其运营的大坝实施新的安全要求。在 Copel 经营的电厂中,有 30 座属于该公司自有资产,另有 11 座属于与其他公司共有。一共包括 24 座水力发电厂、2 座热电发电厂和 15 座风力发电厂,总装机容量为 5,675 兆瓦。此外,Copel 还拥有 4,647 公里的输电线路和 45 座变电站,旨在为 460 多万分销客户提供服务,并为 17.8 万电信用户提供 33,495 公里的光纤服务。多年来,Copel 率先实施对水电站的环境影响研究,做出建设报告,并致力于该领域的可持续发展。

2010 年,新联邦立法颁布,制定新的国家大坝安全计划(Politica Nacional de Seguranca de Barragens,简称 PNSB),这一计划适用于包括为发电在内的所有用途储存水的大坝。PNSB 要求为每个大坝起草一套文档,以帮助管理部门确定其结构的安全性。文档包含施工、运营和维护等技术数据,将成为安全规划和管理的重要工具。

直到 2018 年,Copel 只有最古老水坝中有代表性的部分技术数据,而且大多数都是在水坝建成时的手绘图纸,这些图纸随着时间的推移已经损坏。此外,一些水坝结构已经进行改建和修缮,却并没有被系统地记录下来,这让人担忧这些图纸不再有效。

为给 PNSB 准备文档,该团队克服了包括解析旧图纸、克服难以到达的勘测位置以及编译分散的信息等诸多困难。尽管他们进行了全面的勘测(电子测量卷尺、对关键要素使用照片),但这都不可能记录下这些复杂水坝的所有细节。由于崎岖的地势和天然茂密的植被,大坝、溢洪道、电站和一些发电线路的组成部分(如进水口和压力管道)很难进入。

Copel 认为新的战略势在必行。由于大坝的大部分信息都是暗数据,因此团队决定为每个大坝创建一个数字孪生模型,以联合实景建模环境、历史数据和从 Bentley 开放建模和开放模拟应用程序生成的新数据。清楚因为10 座大坝最终均需遵守大坝安全计划 (PSB),因此,Copel决定第一步是执行试点项目,为以下三个小型水电站开发数字孪生模型:Marumbi、Chaminé 和 Salto do Meio。

勘测活动使用无人机进行,所有图像都使用 ContextCapture 进行了处理。此外,该团队还使用 OpenBuildings 和 Descartes 帮助构建数字孪生模型。他们提取地形和水平曲线信息,并使用 OpenRoads Designer 和 MicroStation 完成模型。随后,该团队使用先前配置的动态横截面工具创建平面视图、截面图和可视化,使线条粗细、阴影和颜色均符合 Copel 的工程标准。最后,LumenRT 提供了一个简单直观的界面,以实现每个电厂信息的可视化和信息沟通。

使用无人机勘测不仅显著提高了质量并丰富了细节,还将完成每个大坝工作所需的时间,从先前的 120 小时(通常无法执行完整勘测)缩短至短短 16 小时。通过使用这一全新数字孪生模型流程,该团队不仅按期完成了三个试点电厂设计,而且按期完成了所有 10 个电厂设计,在质量、丰富的细节以及采集和记录信息的时间方面也高于客户的期望。新流程不仅加快了创建报告的时间,满足了 PSB 的最后期限,还将支持该流程的人力资源来减少了 87%。

该软件的使用与无人机的飞行,提供了快速、详细的技术检查,以评估大坝和相关结构的安全性,支持其注册和数字记录。如今,我们拥有更新的数字技术档案,这有助于我们轻松管理资产。Copel发电和输电项目,土木工程和工程监督部经理 Roberto Seara 表示。

679_数字孪生模型帮助电力运营商提高设计精确度、节约项目经费并增强监管合规性 679_数字孪生模型帮助电力运营商提高设计精确度、节约项目经费并增强监管合规性 (2)
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