Opetuslämpölaitoksen digitaalinen kaksonen pian valmis

Uusiutuvien energiamuotojen käyttöä ja niihin perustuvaa liiketoimintaa kehitetään digitaalisten kaksosten avulla. Digitaalisilla Kaksosilla Vipuvoimaa Uusiutuvalle Energialle eli DUKE-hankkeessa parannetaan myös alueen toimijoiden valmiuksia vastata energiatehokkuusdirektiivin vaatimuksiin.

Jänkätien tapausesimerkissä on seuraavaksi vuorossa lämpövoimalaitoksen teksturointi, jonka avulla mallin visuaalinen ilme tuodaan vastaamaan reaalimaailman ilmettä.

DUKE-hankkeessa työskentelevä CGI-generalisti Onni Li käyttää mallintamiseen PBR-teksturointitekniikkaa. Ideana on saada reaaliajassa toimiva renderöintimoottori laskemaan valonsäteiden kimpoaminen eri materiaalien pinnoista aivan kuten oikeassa maailmassa.

- Tämä "irradiance volume" -valaistus tallennetaan kenttään, jotta 3D-mallia pystyy tarkastelemaan esimerkiksi VR-laseilla, Li kertoo

Jotta 3D-mallista syntyy digitaalinen kaksonen, vaatii se tuekseen älyn. Kevään aikana lämpölaitoksella tehtiin testiajoja ja kuluneen kesän aikana laajoja mittauksia Lapin koulutuskeskus REDU:n projektipäällikkö Vesa-Matti Ruismäen ja lämpölaitos- ja talotekniikan asiantuntija Jukka Järvelän opastuksella. Mittauksia on hyödynnetty lämpölaitoksen prosessin toiminnan ymmärtämisessä.

Mittaukset toteutettiin sekä lämpölaitoksen omilla mittauksilla että ulkoisilla mittalaitteilla. Mittaustapana oli askelvastekoe, jolla pyrittiin vahvistamaan koodauksessa käytettyjen kaavojen todenperäisyys.

- Mittaukset onnistuivat hyvin. Digitaalinen kaksonen sekä todelliset mittaukset vastasivat toisiaan erittäin hyvin. Näillä mittauksilla saatiin vahvistus fysikaalisten ilmiöiden toteuttamiseen digitaalisissa kaksosissa ja voidaan jatkaa sen kehittämistä, Ruismäki selventää.

DUKE-hankkeen projektipäällikkö Tauno Tepsa ja data-analyytikko Tuomas Kelloniemi Lapin ammattikorkeakoululta ovat hyödyntäneet lämpölaitokselta kerättyä dataa luomalla erilaisia matemaattisia funktioita, joiden avulla prosessissa tapahtuvia muutoksia voidaan simuloida riittävän tarkasti digitaalisessa ympäristössä. Matemaattiset mallit mahdollistavat digitaalisen mallin vastaavuuden reaalimaailman vastinparinsa kanssa.

Tuomas Kelloniemi mallinsi mittausdatan perusteella prosessin toiminnan syy- ja seuraussuhteita käyttäen regressioanalyysiä.
- Saimme niiden perusteella luotua malliimme reaalimaailman toimintaa vastaavat viiveet ja muutosilmiöt. Malliin on sisällytetty fluidiikan peruselementit, kuten paine-erot ja tilavuusvirrat sekä lämpötilat putkistoissa ja toimilaitteissa, Tepsa tarkentaa

Seuraavassa vaiheessa digitaalinen kaksonen herää eloon, kun hankkeen pelimoottoriohjelmoija Toni Westerlund ammattikorkeakoululta koostaa kerätyn datan, luodut funktiot sekä 3D-mallin yhteen ja toteuttaa digitaalisen kaksosen toimimaan VR-maailmassa. Virtual reality tukee digitaalisen kaksosen tavoitteita erinomaisesti toiminnallisuuden ja visuaalisuuden näkökulmasta.

- On ollut uskomattoman hienoa päästä tutustumaan lämpövoimalaitokseen, miten vesi lämpenee kattilassa ja miten lämmitetty vesi siirretään verkkoon kuluttajien saataville. Lämpövoimalaitoksen digitaalisen kaksosen rakentamisessa on päässyt tutustumaan ilmiöihin ja fysiikkaan, miten kaikki oikeasti toimii, miten putkistoon syntyy painehäviöitä tai miten venttiilit toimivat.

Kiinnostavinta on Westerlundin työssä ollut päästä toteuttamaan edellä kuvatut ilmiöt pelimoottoriin siten, että kaiken takana on algoritmit.

- Oman lisänsä tähän kaikkeen tuo virtuaalitodellisuus, mitä kaikkea uutta me voimmekaan toteuttaa virtuaalitodellisuuden avulla digitaalisessa kaksosessa. Meillä on käytännössä rajaton määrä mahdollisuuksia toteuttaa muun muassa uusia oppimistilanteita ja ympäristöjä hyödyntäen uusinta teknologiaa. Voimme luoda tilanteita, joiden järjestäminen olisi oikeassa ympäristössä hankalaa, kallista ja jopa vaarallista, Westerlund summaa.

Opetuslämpölaitoksen mallinnuksen ohessa aloitetaan maalämpöpumpun mallinnus. Maalämpöpumppujen valmistajien ja niitä asentavien sekä huoltavien yritysten kautta on tullut toiveita saada digital twin, jota voidaan hyödyntää esimerkiksi maalämpöpumppujen käyttökoulutuksessa tai niiden toiminnan säätämisessä energiatehokkaammiksi.

Aiheesta aiemmin: Digitaaliset kaksoset mukaan uudistuvan energian tuotantoon. Lapin AMKin uutinen 11.5.2020.

Hankeinfo

Digitaalisilla Kaksosilla Vipuvoimaa Uusiutuvalle Energialle -hanke on Lapin ammattikorkeakoulun Digitaalisten ratkaisujen osaamisryhmän vetämä hanke. Yhteistyökumppanina ja osatoteuttajana toimii Rovaniemen koulutuskuntayhtymä REDU.

Aikataulu: 1.1.2020 - 31.12.2022
Hankkeen kokonaisbudjetti on 761 732 euroa ja sitä rahoittaa Lapin liitto Euroopan aluekehitysrahastosta.

Lisätietoja:
projektipäällikkö Tauno Tepsa
040 821 6865, tauno.tepsa(ät)lapinamk.fi
Digitaaliset ratkaisut
Lapin AMK

projektipäällikkö Vesa-Matti Ruismäki
p. 0400 377 623, vesa-matti.ruismaki(ät)redu.fi
Lapin Koulutuskeskus Redu

Kuvat: Onni Li