Siemens Energy Utiliza NVIDIA para Desenvolver um Digital Twin Industrial da Usina no Omniverse

O digital twin oferece manutenção preditiva em usinas de energia que pode ajudar a economizar aos fornecedores de serviços públicos cerca de US $ 1,7 bilhão por ano.
por Richard Kerris

A Siemens Energy, fornecedora líder de tecnologia de usinas no mercado de energia de trilhões de dólares em todo o mundo, está contando com a plataforma NVIDIA Omniverse para criar digital twins para dar suporte à manutenção preditiva de usinas de energia.

Ao fazer isso, a Siemens Energy se junta a uma onda de empresas em vários setores que estão usando digital twins para aprimorar suas operações. Entre eles, o BMW Group, que tem 31 fábricas em todo o mundo, está construindo vários digital twins industriais de suas operações; e a Ericsson está adotando o Omniverse para construir digital twins de áreas urbanas para ajudar a determinar como construir redes 5G.

De fato, o mercado mundial de plataformas de digital twins deve chegar a US$86 bilhões até 2028, de acordo com a Grand View Research.

“As plataformas abertas da NVIDIA, juntamente com as redes neurais infundidas pela física, trazem um grande valor para a Siemens Energy”, disse Stefan Lichtenberger, gerente de portfólio técnico da Siemens Energy.

A Siemens Energy constrói e faz manutenção em usinas de ciclo combinado, que incluem grandes turbinas a gás e turbinas a vapor. Os geradores de vapor de recuperação de calor (HRSGs) usam o calor de exaustão da turbina a gás para criar o vapor usado para acionar a turbina a vapor. Isso melhora a eficiência termodinâmica da usina em mais de 60 por cento, de acordo com a Siemens Energy.

Em algumas seções de um HRSG, uma mistura de vapor e água pode causar corrosão que pode impactar a vida útil das peças do HRSG. O tempo de inatividade para manutenção e reparos leva à perda de oportunidades de receita para as empresas de serviços públicos.

A Siemens Energy estima que uma redução de 10 por cento no tempo necessário de inatividade planejado médio da indústria de 5,5 dias para HRSGs, entre outros, para verificar a perda de espessura da parede de tubos devido à corrosão, economizaria US $ 1,7 bilhão por ano.

Simulações para Aplicações Industriais

A Siemens Energy está recrutando a tecnologia NVIDIA para desenvolver um novo workflow para reduzir a frequência de desligamentos planejados e, ao mesmo tempo, manter a segurança. Os dados em tempo real, temperatura, pressão, pH, potência da turbina a gás e temperatura da água, são pré-processados para calcular a pressão, temperatura e velocidade da água e do vapor. A pressão, a temperatura e a velocidade são impulsionadas em um modelo físico-ML criado com o framework NVIDIA Modulus para simular com precisão como o vapor e a água fluem pelos tubos em tempo real.

As condições de fluxo nos tubos são então visualizadas com NVIDIA Omniverse, uma simulação de mundo virtual e plataforma de colaboração para workflows 3D. Omniverse escala em multi-GPUs para ajudar a Siemens Energy a entender e prever os efeitos agregados da corrosão em tempo real.

Acelerando o Desenvolvimento de Digital Twin

Usando frameworks de software NVIDIA, executados em GPUs NVIDIA A100 Tensor Core, a Siemens Energy está simulando os efeitos corrosivos do calor, água e outras condições no metal ao longo do tempo para ajustar as necessidades de manutenção. Prever a manutenção com mais precisão com modelos de machine learning pode ajudar a reduzir a frequência das verificações de manutenção sem correr o risco de falha. O modelo Modulus PINN dimensionado foi executado no AWS Elastic Kubernetes Service (EKS) apoiado por instâncias P4d EC2 com GPUs A100.

A construção de modelos computacionais de dinâmica de fluidos para cada HRSG leva até oito semanas para estimar a corrosão nos tubos das fábricas de HRSGs. Esse processo é necessário para um portfólio de mais de 600 unidades. O workflow mais rápido usando tecnologias NVIDIA pode permitir que a Siemens Energy acelere a estimativa de corrosão de semanas para horas.

O NVIDIA Omniverse oferece uma plataforma altamente escalável que permite à Siemens Energy replicar e implantar digital twins em todo o mundo, acessando potencialmente milhares de GPUs NVIDIA conforme necessário.

“O trabalho da NVIDIA como pioneira em computação acelerada, plataformas de software de AI e simulação oferecem a escala e a flexibilidade necessárias para digital twins industriais na Siemen Energy”, disse Lichtenberger.

Saiba mais sobre Omniverse para simulações virtuais e digital twins.