ホワイトペーパー

エッジで勝利する (英語)

パイプライン管理の新境地

継続的に稼働し、リアルタイムで正確なデータを送信しているシステムでは、自動故障検出機能を備えた24時間365日の監視により、計画外のダウンタイムなどの運用効率の低下を防ぐことができます。

このホワイトペーパーでは、その概要を説明しています。

  • エッジ （パイプラインの操作をサポートするデバイス）に制御と自動化をもたらす。
  • 厳しい気候条件の下でも動作する堅牢なプラットフォームを構築する。
  • エッジ 、企業全体でデータを保護するソリューションを提供する。

抄録

近年、米国の天然ガス産業は、需要と供給の両面で成長しています。よりクリーンなエネルギーへの需要の高まりと新たな埋蔵量の開拓が、天然ガス生産の拡大を支えています。しかし、天然ガス業界はこの成長を安全に維持できるのでしょうか？運用システムに障害が発生すると、安全上の脅威、コンプライアンス違反、不正確なガスバランス、その他多くの問題にさらされることになります。このホワイトペーパーでは、堅牢な産業用プラットフォームを、より広範なエッジ コンピューティング ソリューションの一部として適用することで、パイプライン運用の経済性を飛躍的に向上させ、より柔軟な運用を可能にし、ダウンタイムを削減し、より優れた情報管理を実現する方法をご紹介します。

序章

米国の天然ガス産業は急成長を遂げています。水圧破砕と水平掘削の新しい方法と技術が天然ガスの供給の波を解き放ちました。3,374兆立方フィート（Tcf）を超える埋蔵量が発見され、米国は天然ガスの主要な生産国となっています。気候変動と環境への懸念は、「よりクリーンな」エネルギー資源を利用するための推進力となっています。電力は天然ガスの主要な消費者である（図 1）。現在、天然ガスは米国のエネルギー需要の 30%以上を満たしています。1

天然ガスはクリーンなエネルギー資源です。豊富な供給により、ヘンリーハブの天然ガス価格は、一部の例外を除き、2015年以降平均で4ドル/BTU以下となっています。その結果、住宅や商業用のユーザーは暖房やその他のサービスのために天然ガスに移行しています。あらゆるセクターで需要が増加する中、天然ガス業界は将来の需要を持続的に満たすことができるのでしょうか？すべてのユーザーに確実に天然ガスを供給するために必要なインフラ、熟練した人員、安全手順は整っているのだろうか？

今日のパイプライン管理

米国では、天然ガスは260万マイルの地下パイプライン網を介して顧客に届けられています。このネットワークには、220万マイル以上の配電用パイプラインと30万マイル以上の送電用パイプラインが含まれています1。

パイプラインの運用では、持続的な運用を維持するためには、リアルタイムデータに基づく良好な情報が重要である。天然ガス流通では、重大インシデントの根本原因は外部からの被害にあります（図2）。しかし、重大インシデントの3分の1はパイプラインの保守・運用に起因しています。広大なネットワークでは、事象発生から是正対応までの時間が、短期間の中断なのか、環境災害なのかを決定づける要因となります。

図 1. 2019 年の米国のセクター別天然ガス消費量
出典。米国EIA, eia.gov/tools/faqs
図 2.ガス流通の重大事故原因、2005年～2019年。
出典：phmsa.dot.gov/data-and-statistics/pipeline/pipeline-incident-
20年の傾向。グラフィックス。Global Energy Writers.

天然ガスの流通の混乱は、経済的、安全的、社会的に大きな影響を及ぼします。2015年から2017年にかけて、米国では天然ガスパイプラインの事故による死者12人、負傷者10人が報告されているが、他にも死者や負傷者が出ない無数の事件やヒヤリハット事件が発生している。天然ガスパイプライン会社は、あらゆる面からの圧力に直面しています。地域社会は、安全対策や老朽化したパイプラインインフラに懸念を抱いています。政府の規制機関は、パイプライン事業者の安全性と環境パフォーマンスの向上を求めており、厳格な監査を含むより厳格な法律を制定し、コンプライアンス違反に対するより大きな罰金を課しています。

ストラタスは、天然ガス会社から同じテーマを聞いています。

"これまでになく複雑化しているパイプラインインフラシステムのダウンタイムを受け入れられないほど経験しています"

"全てのシステムがダウンした場合、パイプラインの重要な部分を手動で監視するために、遠隔地に人を派遣する必要があります。"

"システムが常にオンになっていないと 盲目になってしまう"

"コンプライアンスを遵守していることを証明しなければならないし、データが不足していてはいけない。そうでなければ罰金を科せられる"

"遠隔地のシステム問題を解決する技術的なITスキルやリソースを持っていない"

"我々はパイプラインシステムをより複雑にし、より壊れやすくしています。"

天然ガスのパイプライン事業者は、レガシー、レイテンシー、近代化の懸念を管理するために複数の課題に直面しています。さらに重要なことは、パイプライン事業者は収集したデータを活用し、情報に基づいた意思決定を行わなければならないということです。

"エッジ コンピューティング データセンターの外にあるインフラは、パイプラインのインフラ自体の近くで収集されたデータをリアルタイムで収集、処理、行動するために不可欠です。"

エッジ およびエッジ コンピューティング: 最新のハードウェアおよびソフトウェア技術は、パイプラインの運用および収益性を向上させるための新たな道筋を示しています。このような開発は、データをリアルタイムで管理するためのオプションを根本的に変えています。堅牢で信頼性の高いプラットフォームにより、データや情報を複数のユーザーと安全に共有することができます。

2020年代は、「デジタル化の10年」と定義されています。その結果、ハードウェア、ソフトウェア、産業用管理プラットフォームの進歩により、責任領域が曖昧になり、パイプラインのインフラに近いところでデータを管理・分析するための新しいコンセプトが生まれています。今後、天然ガスパイプライン業界では、エッジ コンピューティング や産業用インフラ管理プラットフォームの採用が加速するにつれて、ITとOTの職務が統合されていくでしょう。

エッジ コンピューティング データセンターの外にあるインフラは、パイプラインのインフラ自体の近くで収集されたデータをリアルタイムで収集、処理、行動するために不可欠です。

従来のパイプライン管理ソリューションは、ミッドストリーム域のオペレーターの失敗を招いています。

多くのミッドストリーム企業は、パイプラインデータの使用量や運用管理の問題を解決するのに苦労しています。エッジ コンピューティング は、特定のパイプライン管理のワークロードやタスクにとって、実行可能かつ不可欠なソリューションです。

ミッドストリームの資産はネットワークが広がっています。エッジ コンピューティング は、産業用 IoT とデジタル化への移行のためのバックボーンとして機能します。エッジとエッジ コンピューティング の両方とも、HMI、SCADA、ヒストリアン、アナリティクス、資産パフォーマンス管理機能を含む自動化および制御ソリューションを実行するためには、産業用グレードのプラットフォームが必要です（図3）。

図3．堅牢なプラットフォームは、エッジ およびエッジ-コンピューティングアプリケーションをデバイスレベルでサポートし、遠隔操作からのデータを保護します。

エッジ コンピューティング は、スマートな産業用デバイスであるセンサーやプログラマブル・ロジック・コントローラー（PLC）によって収集されたデータ負荷のバランスをとることができます。すべてのデータをグローバルデータセンターに送り返す必要はありません。エッジ コンピューティング を使用すると、データをミッドストリームのパイプラインインフラの近くで処理することができるため、状況の変化への迅速な対応が可能になります。

パイプラインのインフラ管理業務にとって、信頼性と安全性は極めて重要な優先事項です。最近のDeloitte社のレポートによると、データに基づいたアプローチにより、年間のダウンタイムを70%削減し、予期せぬダウンタイムのコストを最大22%削減することができます。従来の時間ベースのインフラ管理プログラムとは異なり、エッジ コンピューティング では、機器の健全性データ（温度、圧力、振動）をリアルタイムで分析することができます。さらに、エッジ コンピューティング は、重要な予知保全ソリューションをサポートするために不可欠です。

優れたメンテナンスプログラムにより、重要なインフラの耐用年数を延ばすことができます。パイプライン資産は遠隔地にあるため、エッジ コンピューティング では、パイプライン管理アプリケーションを迅速かつ確実に、そして効率的に保護・サポートする、堅牢で安全な自動化されたコンピューティングシステムが必要です。さらに、SCADAプラットフォームへの接続が中断された場合でも、保存されたデータを保護し、指定されたパイプライン操作を継続できるように、プラットフォームには冗長性を持たせる必要があります。

「最近のDeloitte社のレポートによると、データに基づいたアプローチにより、年間のダウンタイムを70％削減し、予期せぬダウンタイムのコストを最大22％削減することができるとのことです。従来の時間ベースのインフラ管理プログラムとは異なり、エッジ コンピューティング では、機器の健全性データ（温度、圧力、振動）をリアルタイムで分析できるようになっています。"

パイプライン管理-ヒューストン、問題発生

16 州にまたがる 15,000 マイルのインフラを管理し、年間 1 Tcf 以上の天然ガスを顧客ベースに輸送している大規模なガスパイプライン事業者は、コンプレッサステーションを完全な冗長システムにアップグレードしました。このアップグレードには、CRM規制で義務付けられているコンプレッサーポンプ/タービン、バルブ、安全制御システムが含まれていました。PLC、電源、ネットワークサービスの冗長化を簡単に導入することができました。しかし、SCADA、ヒストリアン、HMI、および関連する制御システムアプリケーションを操作するために、常時稼働する完全な冗長コンピュータプラットフォームを構築することは、依然として重要な課題でした。さらに重要なことは、全体的な運用のアップグレードにおける重要な要素は、計画外の停止や致命的な障害が発生する前にコンプレッサーステーションの問題を検出して対処するための予知保全ソリューションを導入することでした。

採用されたソリューションでは、各コンプレッサーステーションに3台の標準的なコンピュータサーバーを配置し、それぞれが1つの重要なアプリケーションを実行していました。残念ながら、このソリューションには複数の弱点がありました。さまざまなパイプライン管理アプリケーションをサポートするために、各場所に6～8台のサーバーが必要でした。スペースと電力の制約を考えると、これはサーバーが故障したときのオペレーションを複雑にする重大な問題でした。コンプレッサーステーションを完全に稼働させるためには、本社に戻って正確な動作環境を再構成し、その後、設置と再ケーブル接続を行うためにその場所に車で行く必要がありました。これには2～3日かかります。

コンプレッサステーションでのデータ損失は、パイプラインオペレータにとって最適でない結果を意味し、全体的な運用効率を向上させるという目的を達成することができませんでした。既存のハードウェア・コンピューティング・インフラは、パイプライン管理の目標を阻む重要かつ高価な障害となっていました。

"継続的に稼働し、リアルタイムで正確なデータを送信しているシステムでは、自動故障検出機能を備えた24時間365日の監視により、計画外のダウンタイムやその他の運用効率の低下を防ぐことができます。"

将来のパイプラインの管理

ストラタステクノロジーは、今回取り上げたようなパイプラインインフラ管理の問題を解決する新しいアプローチに取り組んでいます。当社のソリューションは、ダウンタイムを排除し、運用を最適化する完全な常時稼働型パイプラインシステムをサポートします。このアプローチは3つのステップで構成されています。

  • エッジ （パイプラインの操作をサポートするデバイス）に制御と自動化をもたらす。
  • 厳しい気候条件の下でも動作する堅牢なプラットフォームを構築する。
  • エッジ 、企業全体でデータを保護するソリューションを提供する。

エッジに制御と自動化をもたらします。データセンターやSCADAシステムに分析や応答アクションを依存するのではなく、エッジ コンピューティング 、デバイスレベルでの制御決定やアクションをサポートします。パイプラインでは、コンプレッサステーションがオペレーションの中心となります。産業グレードのコンピューティングプラットフォーム（図3）を用いて、エッジ コンピューティング はコンプレッサーステーションの予知保全と全体的な健全性のモニタリングをサポートします。コンプレッサーセンサーのデータをトレンド解析することで、完全な故障が発生する前に修理の必要性を検知することができます。

計画的なメンテナンスを行うことで、機器の使用不能、修理費用、収益の損失を減らすことができます。主要パイプラインのインシデントの約30%は、機器の故障や誤った操作が原因です（図2）。継続的に稼働し、リアルタイムで正確なデータを送信しているシステムでは、自動故障検出機能を備えた24時間365日の監視により、計画外のダウンタイムやその他の運用の非効率を防ぐことができます。

厳しい気候条件の下で動作する堅牢なプラットフォームを構築する。 パイプラインでは、計装機器、センサー、コンプレッサー、データプラットフォームなどが様々な条件にさらされます。これらの機器や資産は、極端な温度、振動、衝撃に耐えなければなりません。エッジ コンピューティング プラットフォームは、工業用に設計され、常に変化する環境に対応できる弾力性を備えていなければなりません。さらに重要なことは、プラットフォームが自己監視機能を持ち、問題が発生した場合には自己修復機能を持つことです。パイプラインの場合、ゼロタッチ技術は、現場のITリソースを必要とせずに、遠隔地にある資産の監視、制御、更新を効率的にサポートします。

エッジ 、企業全体でデータを保護するソリューションを提供する。デジタル化の主なメリットは、組織全体でデータを移動したり利用したりする能力が強化されることです。データのセキュリティは大きな関心事です。エッジ コンピューティング をサポートするプラットフォームは、継続的に利用可能で、データを保護し、障害対策のための冗長性特長 を備えていなければなりません。堅牢なプラットフォームがあれば、データはより簡単に、より安全に、より安価に企業全体で共有することができます。柔軟な運用により、複雑さや故障のリスクを増やすことなく、より多くのアプリケーションを実行することができます。

データ階層は、データをどこに保存すべきか、どこで使用すべきかを決定するのに役立ちます。デジタル化により、効率的に管理・分析すべきデータが増えていきます。エッジ コンピューティング が開発したリアルタイムの情報を利用すれば、より良い判断をデバイスレベルで迅速に実行することができます。プラグ＆プレイ」アーキテクチャのスマートデバイスは、エッジ レベルでの分析を可能にし、データセンターにデータを送って処理を行う必要性を減らすことができます。

将来的には運用を証明する

今後、ミッドストリーム業界では、遠隔地のパイプラインインフラ、パイプライン管理ソリューション、データセンターへの継続的な接続性とデータセキュリティをサポートするリビングプランが必要になります。ミッドストリームのオペレーションに最適なハードウェアおよびソフトウェアインフラストラクチャを計画することは、長期的な持続可能性を確保するために非常に重要です。ミッドストリーム企業は、自社の運用において「盲目的な」瞬間を過ごす余裕はありません。

ストラタステクノロジーは40年以上にわたり、企業がシステムを継続的に運用できるように支援してきました。詳細については、Oil and Gas Midstream をご覧いただくか、デモをリクエストしてください。

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