Nvidiaのデジタルツイン、シーメンス・エネルギー社の予知保全を強化

Oliver Peckham

発電所は非常に重要であると同時に気まぐれな存在でもある。風速、照明利用率、周囲温度、機器故障など、状況が悪ければ、送電網のオペレーターは発電量の損失を補うために奔走することになるのだ。しかし、シミュレーションやAIなどの予測技術がより強固になるにつれ、発電所のダウンタイムがいつ、どのように発生するかについての理解が急速に深まっており、その結果、ダウンタイムを最小限に抑える能力も高まっている。SC21において、Nvidi社はシーメンス・エナジー社と共同で、発電所の予知保全を目的としたデジタル・ツインを開発することを発表した。

シーメンス・エナジー社（旧シーメンス・ガス・アンド・パワー）は、昨年、ドイツの多国籍企業のエネルギー戦略の大規模な構造改革の中で誕生した。天然ガスタービンが同社のポートフォリオの中心であるが、特に、通常は大気中に放出される廃熱を吸い上げ、その廃熱を利用して二次側の蒸気タービンを動かす天然ガス複合発電所である。

シーメンス・エナジー社の試算によると、コンバインドサイクル技術を採用した場合、プラントの効率が60％以上向上するそうだ。しかし、コンバインドサイクル発電所を実現する排熱回収ボイラー（HRSG）には腐食が発生する可能性があり、メンテナンス、ダウンタイム、収益の損失、効率の低下を招くことになる。現在、HRSGの平均的な計画停止期間は年間5〜6日で、その間にパイプの腐食を定期的にチェックしている。シーメンス・エナジー社は、この停止期間をわずか10％短縮するだけで、年間17億ドルの節約になると試算している。

Nvidia社の登場である。Nvidia社は、Nvidiaのリアルタイム・シミュレーション・プラットフォームであるOmniverse（オムニバース）を用いて、現実世界の物体やプロセスを緻密に再現したデジタルツインを、組織や企業のツール開発や運用に活用してきた。例えばEricsson社では、Omniverseを使って都市のデジタルツインを作成し、5G信号の最適な伝播方法を研究している。また、BMW社はデジタルツインを使って「未来の工場」を映し出している。

シーメンス社は、物理ベースの機械学習モデルのためのNvidiaのModulusフレームワークを使用して、シーメンス・エナジー社のHRSGのパイプ内の蒸気、水、温度、圧力、pHなどのダイナミクスをリアルタイムでモデル化した。(Modulusの部分は、NvidiaのA100 GPUを搭載したAWSのP4dインスタンスで実行された）。その後、Omniverseがこれらのダイナミクスの可視化と広範なシミュレーションを行った。

両社は、HRSGのデジタルツインにおける水と蒸気の物理ベースのリアルタイムシミュレーションによって、シーメンス・エナジー社が腐食を予測し、必要な腐食チェックの頻度を減らすことで、現実世界でのダウンタイムを軽減することができると期待している。これまで，これらのプラントの物理的なシミュレーションを行うには，600台を超えるHRSGのポートフォリオに対して1つのHRSGにつき8週間という，よくても悪くても膨大な時間がかかっていた。また、低次モデルは精度が低いという問題があった。しかし今では、正確なデジタル・ツイン・シミュレーションをわずか数時間で行うことができるようになったと言う。

シーメンス・エナジー社のテクニカル・ポートフォリオ・マネージャーであるStefan Lichtenbergerは、Nvidia社のRichard Kerrisとのインタビューで次のように述べている。「アクセラレーション・コンピューティング、AIソフトウェア・プラットフォーム、シミュレーションのパイオニアとしてのNvidiaの仕事は、シーメンス・エナジー社の産業用デジタル・ツインに必要なスケールと柔軟性を提供することです。」このデジタル・ツインは、Nvidia社とシーメンス社の継続的なパートナーシップの一環であり、Nvidia社は最近、シーメンス・エナジー社のオートメーションおよび発電所検査の取り組みにTriton推論サーバーを提供している。

Nvidia社のデジタルツイン技術は、シーメンス・エネルギー社とのパートナーシップや、先日発表された気候変動予測のために開発中の「地球のデジタルツイン」（より野心的）など、低炭素社会の実現に貢献している。このデジタルツインは、Earth-2（略してE-2）と呼ばれるNvidia社製の新しいスーパーコンピュータで実行される。Nvidia社のCEOであるJensen Huangは、基調講演の中で、「Earth-2を実現するためには、これまで我々が発明してきたすべての技術が必要です。これ以上に重要な用途は考えられません。」E-2については、まだあまり多くのことが明らかにされていないが、3月に開催される春のGTCイベントでは、さらなる情報が期待できそうだ。

ヘッダー画像：Nvidiaのデジタルツインが推察する高忠実度の水と蒸気の流れ

関連項目

Nvidia’s Digital Twin Moonshot – Saving Planet Earth
EU、地球の「デジタルツイン」を作成し、EuroHPCスパコン上で動作させる
SC19にて：デジタル・ツインの開発