インダストリー4.0のテクノロジーで電力・公益事業業界を変革する方法
インダストリー4.0はおおよそ2010年以降に登場し、進化し続ける産業革命が第4世代に入ったことを示唆しています。この最新の潮流では、人工知能（AI）、機械学習、モノのインターネット（IoT）などの新技術の活用を通して企業の経営者達は躍進し、業務効率化とスマートなモノづくりが大きく前進しようとしています。
1700年代から続く産業革命は、作業プロセスの改善、安全性の向上、収益性の向上を目的とした、資源活用の進化の過程を表しています。産業界の移り変わりを大まかに時系列で示すと、以下のとおりです：
● インダストリー1.0：1700年代 - 人手、家畜、水力を使って生産量を増やしました。
● インダストリー2.0：1800年代 - 組立ラインを創設し、大量生産に拍車をかけました。
● インダストリー3.0：1900年代 - コンピュータを使ってプロセスを自動化し、手作業を削減しました。
● インダストリー4.0： 現代 - ロボット技術を活用し、生産物の量と質の両方を向上しています。
電力・公益事業業界にとってインダストリー4.0への移行は、スマートな機械と新技術を活用してエネルギーを生産する方法と配電する方法を、変革することを意味します。その結果、より効率的で安全な、持続可能な電力施設の建設につながります。
このようなことを最終目標とした上で、 電力各社はその実現に向けてどのような取り組みをしているのでしょうか。その答えは、オペレーショナルエクセレンスを実現するためにDXを推進する、ということです。具体的には、電力会社はデジタル資産を導入して業務効率と安全性を向上し、持続可能性を高め、優秀な人材の確保につながる、密着型のデジタルエコシステムを構築しています。
運転監視技術で発電所の生産性を向上
運転監視技術は、発電機器やその機能を直接監視して制御する技術です。このようなスマートテクノロジーは、プラントのオペレーターや管理者がシステムの性能に関する主要な指標を定期的に収集できるようにするセンサーとソフトウェアを備えています。
運転監視技術が登場する以前は、大半の電力・エネルギー施設では発電所内の全ての機器を監視する1つのソリューションがなく、オペレーターやエンジニアが機器の性能に関するデータを全て収集して把握することが、ほぼ不可能でした。新たなデジタルソリューションをプロセスに組込むことで、インダストリー4.0のテクノロジーは、次のようなことを行う能力を発電所にもたらします：
● KPIやOKRなどの生産性に関する指標の把握
● ワークフローの可視性を向上
● システムの脆弱性やセキュリティ上の脅威の有無を確認
● より持続可能なオペレーションを実現
作業手順全体に関する情報を集約した1つのビューを作成できるようになるため、発電所の関係者は問題の特定、解決策の実行、そして継続的に改善すべき領域の特定が大幅に行いやすくなります。
インダストリー4.0の概念を実際に示す代表的な例としては、AIを搭載したデジタルツインを使用してサイバーフィジカルシステムを構築し、担当者らが性能を調査し、オペレーションの成果を最大化するために改善すべき点を特定する方法があります。デジタルツインは、一連の業務プロセスにわたってデジタル基盤を生成し、個々の工程において明確な道筋を示すことで、より統合的なエンドツーエンドのソリューションを実現します。
記述的分析、予測的分析、規範的分析によるプロセスの最適化と緊急停止の回避
ビッグデータの解析から発電所におけるシミュレーション結果を導き出して将来予測を行い、電力業界における自律型の運転やリーン生産方式を実現します。ビッグデータの解析結果を産業施設で活用することで、以下のことが可能になります：
● 対象とする事業領域のオペレーションを最適化するテクノロジーを用いたエコシステムの構築
● 全てのプロセスやオペレーションにインテリジェンスを搭載することで、発電プラントと接続
● データを、作成された場所から付加価値が生まれる場所へと移行
● 多様な資源からエネルギーを生成
発電事業者は、幅広い膨大な履歴データを収集してプラントの現況をインテリジェントに再現し、複数の予測シナリオを算出することで、最適な対応策を選択できるようになります。このような分析は、記述的分析、予測的分析、規範的分析の機能を活用することで実現できます。
記述的分析では、特定の時点までに発生したすべての情報を表示します。ビッグデータを要約して分かりやすいビューに落とし込めるため、担当者は、本来はあまり表に出てこないような重要な傾向や問題を特定できます。このようなデータを活用することで無駄をなくし、より持続可能な発電所の未来に向けて、意思決定を行えます。
記述的分析で発見した傾向をもとに、担当者グループは予測分析結果を用いて、問題が発生する前に対処できます。例えば、予測分析を用いて人材や資材の不足、天候による影響、予算の問題点などを特定し、これらのボトルネックが計画外の運転停止を引き起こさないように軌道修正または予知保全を実施できます。
予測分析によって発電プラントの担当者に軌道修正の必要性について警告を発した後は、規範的分析が、その影響を最小限に抑える最も効果的な対処法に関する見識を示します。このような機械的なデータを用いることで、発電所の責任者は詳細かつ正確な予測を行い、最適化を図れるようになります。
ビッグデータ解析の活用
Sustainability社が2018年に発表した研究 では、太陽光発電（PV）事業者がビッグデータ解析を用いて、より正確な予測モデルを作成することで、発電所の持続可能性とレジリエンスを高められると分析しています。太陽光発電施設では発電量が天候に大きく左右されるため、具体的な予測を立てることが困難です。記述的分析、予測的分析、規範的分析などの機能を使ってビッグデータを解析し、シミュレーションやデジタル予測モデルを作成することで、正確な発電能力を予測できます。これらの予測結果は、スマート製造業やインダストリー4.0の戦略を推進するために利用されます。
さらに業界雑誌のPOWERでは、ある投資家が所有する太陽光発電所がAIの機能を利用して太陽光発電の発電量を予測し、インバーターの温度を制御し、太陽電池を最適化した事例を紹介しました。同発電所はAIの技術を採用したことで、脱炭素化の手段を合理化し、資産の維持費を削減し、発電量の不安定性を克服できるようになりました。
スマート製造モデルで発電所の持続可能性を向上
持続可能な発電モデルの構築は、電力・公益事業分野を牽引する原動力となっています。しかし残念ながらSustainability社による2020年の調査では、現行の製造モデルは殆どが古い枠組みを用いており、より持続可能で自律的な未来に向けた取組みが合致していないことが報告されています。時代遅れのモデルに依存していると、運転効率を低下させ、妨げとなるだけでなく、電力会社にとって法規制の問題も発生する可能性があります。そのためスマート発電所の実現には、政府による厳しい規制や世間からの関心事が必要不可欠です。バイデン政権は2035年までに電力網を近代化し、CO2を100％排出しない発電方法を確立するという目標を掲げていますが、これは発電所の持続可能性を高めることを政府首脳が後押ししている例といえます。
AI、産業用IoT、クラウドコンピューティングを中心としたスマートな機械とテクノロジーを活用することで、新たな生産設備がより持続可能なオペレーションを実現します。ビッグデータ解析を活用して意思決定を行い、インダストリー4.0の戦略で応用することで、太陽光発電、風力発電、水力発電などを運転する電力会社や公益事業者は、持続可能性を高められます。さらに、電力施設のオペレーションを改善し、消費するエネルギー量と温室効果ガスの排出量を削減することで、より持続可能な発電所へと変貌できます。
グローバルでエネルギー業界をリードするSiemens Energy社は、AIと機械学習技術を駆使して、より自律的な電力施設を実現しようとしています。同社の発電所では、ロボット技術を搭載した機械にライブ画像や動画などのデータをリアルタイムで送信し、正確な業務フローモデルを作成するとともに、漏れなどの問題を特定できるようにしています。この技術により同社は、運転作業フローの可視化、より安全なエコシステムの構築、環境破壊につながりかねない異常事態の早期発見を実現しています。またSiemens Energy社はMIT Technology Review誌と連携し、AI技術を活用してセキュリティを強化してサイバー攻撃の脅威から守ることで、よりレジリエンスの高い発電プラントを建設する方法について発表しました。
つまり電力・公益事業業界では、持続可能性がすべてだということです。生産性の向上から政府が課す厳しい規制の遵守まで、持続可能性はインダストリー4.0で重要な位置を占めており、発電所がDXを経て最終的にインダストリー5.0に移行し、自律可能な未来へ向かう際にも、引き続き優先的な課題となることでしょう。
オートメーションとデジタル技術との連携で発電所の能力を拡張
デジタルソリューションは、発電所の効率を高めて品質保証プロセスを改善し、拡張性を高めて次世代の発電所へと推し進めます。したがって発電所のオペレーターや責任者は、機械学習、産業用オートメーション、センサー技術などのインダストリー4.0のソリューションを活用し、既存の生産プロセスと組み合わせて運転業務と発電所のインフラ基盤を強化する必要があります。
発電所は、革新的なソフトウェア、ビッグデータ分析、デジタルセンサーを介して正確なデータにアクセスできるようになることで、複雑なオペレーションやプロセスに関する情報を横断的に把握できるようになります。発電所の責任者は、これらの機能を使ってワークフロー全般のシナリオ作成やシミュレーション分析をデジタル上で行い、業務を効率化する手順の優先順位を、それらの分析モデルを用いて決められます。
例えば、HxGN SDx Robotic Operationsは、手作業を減らすために最適な点検ルートを考え出して提示します。関係者は、現場から離れた場所からでも最適な点検ルートを決定できます。準備さえ整えば、ロボット機器にそのプログラムを組み込むことができ、人手を介して点検を直接行う時間と手間を大幅に削減できます。同デジタルソリューションは、より自律的な点検を可能にするため、OEM会社は複雑なプロセスや業務から発生した大量のデータを統合して管理できます。また、同ソフトウェアは正確でアクセスしやすく測定しやすいデータを高速で生成し、情報に基づいた意思決定を促し、運転リスクを低減し、安全性を向上し、発電所の拡張性を高めることで、インダストリー4.0の実現を後押しします。
AR化した３Dモデルを使用して製造業の人材を獲得
電力・公益事業者の施設では既にDX戦略が検討され、実践されてはいましたが、新型コロナによる社会的な危機が、同業界で革新的な技術を導入し、密着型のデジタルエコシステムを構築することを加速させました。今日の「ニューノーマル」な職場環境においては、遠隔地のセンサー、デジタルデータの取得、VR化した３Dモデルを用いて、担当者が安全かつ効率的に業務を遂行できるようにすることが求められています。したがって発電所は、インダストリー4.0を実現することで、優秀でデジタルリテラシーの高い人材を電力・エネルギー業界に惹きつける企業文化作りにもつなげられます。
AR化した３Dモデル、機械学習、IoTなどのインダストリー4.0の機能によって、発電所の責任者は以下のようなことが行えるようになります：
● 生産的でレジリエンスが高い運転プロセスを確立し、オペレーター、エンジニア、管理者達による迅速な意思決定を促進します。
● システムの自動化と最適化により重複している余計な作業を排除し、従業員が安全かつ効率的に働き、より価値の高い目標に集中できるようにします。
● デジタルファーストなキャリアを求める世代の人材にアピールし、訴えかけます。
リーン生産方式とリーンコンストラクション方式は自動車業界から派生したものですが、今日ではインダストリー4.0においても広く浸透しています。リーン生産方式と業務効率化によってプロセスやワークフローを改善し、より生産性の高い施設を作り上げることができるようになるだけでなく、従業員もより多くの成果を上げられるようになります。
電力・公益事業に従事する新しい世代の人材は、デジタル化を優先し、デジタルファーストの考え方を貫いて手作業のプロセスを自動化し、業務全体の効率化を図っている施設で働くことを選んでいます。この変化を認識できずにDXに取り組んだ発電所は、インダストリー4.0を実現できず、有能な人材を失うリスクがあります。POWER誌が指摘したように、デジタル技術への投資や発電所のインフラ設備を変革することで、できることは限られています。電力会社は環境の変化に対応し、インダストリー4.0で導入したプロセスを維持して発電所を継続的に進化させるためには、柔軟性に長けた自律的な人材を確保する必要があります。
テクノロジーメーカーが提供するサービスを発電所で最大限に活用する方法
インダストリー4.0が順調に進んでインダストリー5.0が急速に迫っている中で、発電所の関係者はインダストリー4.0のソリューションがもたらすメリットを認識し、それを活用してリーン生産方式を確立し、オペレーショナルエクセレンスを追求し続ける必要があります。そうすることで、より生産性が高く、持続可能でレジリエンスに強い発電所と、発電設備を効率的に稼働させる、熟練した従業員組織を作り上げることができます。
電力・エネルギー業界における次世代の産業革命となるインダストリー5.0が進展すると、肉体労働による単純作業を高度な機械学習技術が代行し、電力事業の専門家は、発電量を増量する施策や継続的な業務改善に専念できるようになることが予想されています。
何から始めればいいのかお悩みの方は、まずはアジャイルなテクノロジーを保有する企業と提携することが、初めのステップとなります。そして次のステップは、その提携企業と、その企業が提供するデジタルソリューションを最大限に活用することです。
Hexagonは、お客様から信頼されるDXのパートナーであり、グローバルで活躍する専門家チームのサポートを通して、電力業界が最先端の技術を用いて産業資産を設計、エンジニアリング、建設、運転、保守するための革新的なソリューションを提供しています。当社は、発電所に導入するスマートソリューションをお客様と共に開発し、新たなテクノロジーがお客様の発電施設で最大限に活用されるよう、長期にわたるパートナーシップに注力いたします。当社は、お客様と同じ価値観を共有し、データとスマートテクノロジーを活用して発電所の安全性を高め、効率化し、レジリエンスを強化し、自律性と持続可能性を高めるインダストリー4.0の戦略を展開する後押しをいたします。
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