Digitaler Zwilling: Nicht nur für die Offshore-Branche

15. März 2019
Die Technologie des digitalen Zwillings hilft dabei, die Betriebsführung und Instandhaltung zu optimieren und das über den gesamten Lebenszyklus der Anlage hinweg.

Kontakt

Ursula Smolka

Chief Consultant
Telefon: +49 151 58015-127

Mit dem innovativen, von Ramboll entwickelten Konzept „True Digital Twin“ können die Lebensdauer von Offshore-Anlagen verlängert und die Wartungskosten reduziert werden. Das Tool kann grundsätzlich auch im Asset Management für andere Anlagen außerhalb des Energiesektors Einsatz finden, wie zum Beispiel Brückenbauten. Mit dem „True Digital Twin“ kann Ramboll eine zustandsbasierte Wartung und Instandhaltung realisieren, die Betriebsführung optimieren und den Lebenszyklus der Anlagen vorhersagen.

In der Nordsee zwischen dem Vereinigten Königreich, Dänemark, Norwegen, Schweden, Deutschland, den Niederlanden, Belgien und Frankreich haben mehr als 600 Offshore-Anlagen ihre vorgesehene Lebensdauer bereits überschritten oder werden diese bald überschreiten. Die Industrie steht daher vor umfangreichen Investitionen, um die vorhandene Infrastruktur aufrechtzuerhalten oder auszubauen und so die Energieversorgung sicherzustellen. Andernfalls müssten viele veraltete Produktionsanlagen stillgelegt werden – was die Energieproduktion erheblich reduzieren würde.

Um die beste Strategie wählen zu können, benötigen die Entscheidungsträger fundierte Einblicke in den tatsächlichen Zustand ihrer Anlagen. Nur so können sie eine Lösung finden, die wirtschaftliche Rentabilität, Umweltschutz und Sicherheit gewährleistet. 

Digitale Zwillinge werden seit vielen Jahren in der Offshore-Industrie eingesetzt. Ein digitaler Zwilling ist im Wesentlichen eine digitale Kopie einer Struktur, die es ermöglicht, den Zustand der Anlage zu beurteilen und wertvolles Wissen über das erwartete zukünftige Verhalten bereitstellt.

Modelle bilden tatsächlichen Zustand ab

Aber geben die herkömmlichen Modelle tatsächlich eine solide und verlässliche Auskunft über den gegenwärtigen Zustand? Die Beschaffenheit einer Offshore-Plattform oder -Windanlage kann sich während ihres Betriebs mehrmals aufgrund von natürlich auftretendem Verschleiß und / oder strukturellen Veränderungen wie beispielsweise einer Erweiterung der Plattform oder ausbilden von Kolk und Korrosion verändern. Diese Änderungen müssen daher auch in den Modellen abgebildet werden, um den tatsächlichen Zustand der Anlagen widerzuspiegeln. 

Und hier kommt der „True Digital Twin“ ins Spiel. Um Informationen über die Leistung und den Zustand des digitalen Zwillingsmodells bereitzustellen, hat Ramboll eine Methode entwickelt, die eine Kopplung zwischen den realen physikalischen Bedingungen und ihren digitalen Zwillingen ermöglicht. Das „Structural Health and Monitoring System“ (SHMS) erfasst die realen Bedingungen und kann so Informationen über die tatsächlichen Umgebungsbelastungen und die entsprechende strukturelle Reaktion liefern. Mithilfe der von Ramboll entwickelten Cloud-Infrastruktur werden die Daten des Monitoringsystems analysiert und verbessern die Leistung des digitalen Zwillings.

In den letzten 24 Jahren hat Ramboll neuartige Methoden zur Bewertung der gemessenen Unsicherheiten entwickelt, die mit der Analyse von Plattformen verbunden sind. Der Ansatz des „True Digital Twins“ kombiniert innovatives strukturelles Monitoring mit digitalen Tools. Der „True Digital Twin“ unterscheidet sich von anderen Ansätzen des digitalen Zwillings durch die innovativen Methoden zur Modellaktualisierung, Quantifizierung von Modellunsicherheiten und der direkten Verbindung zur Risiko- und Zuverlässigkeitsprüfungsplanung (Risk- and Reliability-Based Inspection planning, RBI). Mit der neuen Technologie ermöglicht Ramboll den Wechsel von kostspieligen und zeitaufwändigen experimentellen Tests im Labor zu kostenreduzierenden Versuchen im Feld unter realen Betriebsbedingungen. Denn mit dem digitalen Zwilling können die Strukturen in einer virtuellen Welt bewertet, getestet und optimiert werden.

Big Data analysieren

Als Teil von Rambolls Digitalisierungs- und Innovationsstrategie basiert die Technologie des „True Digital Twins“ auf Anwendungen, die normalerweise im traditionellen Bauingenieurwesen nicht genutzt werden. Die Technologie stützt sich auf Machine Learning, Data Mining und Pattern Recognition-Algorithmen sowie Computer Science und Cloud Computing (HPC) und analysiert im laufenden Betrieb große Datenmengen.

Durch die Anwendung dieser innovativen Technologien sind wir in der Lage die Analysegeschwindigkeit extrem zu steigern. Dieses Vorgehen ist einzigartig in der Branche und ermöglicht es, große Mengen an Messdaten des digitalen Zwillings online zu aktualisieren – ein Prozess, der so noch vor einigen Jahren nicht möglich war.

Ramboll setzte das Konzept erstmals 2006 für eine Offshore-Plattform ein. Seitdem testeten alle Betreiber in der dänischen Nordsee, einschließlich INEO, TOTAL und HESS, die Technologie in ihren Projekten. Im Jahr 2017 wurde im Bereich Offshore Wind ein Pilotprojekt gestartet, um den Einsatz des digitalen Zwilling in offshore Windpark Wikinger zu erproben. Anfang 2018 hat Ramboll außerdem einen Vertrag mit Equinor (vormals Statoil) über den Einsatz der „True Digital Twin“-Technologie für zwei Offshore-Anlagen sowie eine Brücke im norwegischen Sektor abgeschlossen. 

Die Technologie des „True Digital Twin“ kann auch auf andere Wirtschaftszweige übertragen werden. Die einzige Anforderung, um die Technologie auch in anderen Bereichen anwenden zu können, ist die Verfügbarkeit von Vorhersagemodellen sowie die Möglichkeit physikalische Messungen mit Sensoren durchführen zu können. Ein „True Digital Twin“ wird durch die schrittweise Aktualisierung des Vorhersagemodells geschaffen, wobei Machine-Learning-Algorithmen mit dem tatsächlichen Verhalten der Anlage abgeglichen werden.

Ramboll

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