エッジでの勝利

継続的に稼働し、リアルタイムで正確なデータを送信するシステムでは、自動障害検出機能を備えた24時間365日の監視により、予期しないダウンタイムやその他の運用上の非効率性を防ぐことができます。

このホワイトペーパーでは、以下の概要を説明しています。

• 制御と自動化をエッジ（パイプライン運用をサポートするデバイス）にもたらします。
• 厳しい気候条件下でも稼働できる堅牢なプラットフォームを構築してください。
• エッジと企業全体のデータを保護するソリューションを提供します。

要約

近年、U.S.（米国）の天然ガス産業は需要と供給の両方で成長しています。よりクリーンなエネルギーオプションへの需要の高まりと新たな埋蔵量の開発は、天然ガス生産の拡大を支えています。しかし、天然ガス産業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シングなど、さまざまな問題にさらされます。このホワイトペーパーでは、幅広い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堅牢な産業用プラットフォームを適用することで、パイプライン運用の経済性を大幅に向上させ、より柔軟な運用を実現し、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学びます。

はじめに

U.S. 天然ガス産業は急速に成長しています。水圧破砕法と水平掘削の新しい方法と技術により、天然ガス供給の波が押し寄せました。3,374兆立方フィート（Tcf）を超える埋蔵量を誇るU.S. は、天然ガスの主要生産国です。気候変動と環境への懸念が、「よりクリーンな」エネルギー資源を使用する原動力となっています。電力は天然ガスの主要な消費国です（図1）。現在、天然ガスはU.S. 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エネルギー資源です。供給量が豊富なため、ヘンリーハブの天然ガス価格は、いくつかの例外を除いて2015年以降、平均で4ドル/BTU未満になっています。その結果、住宅や商業ユーザーは、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。すべてのセクターで需要が増加する中、天然ガス産業は将来の需要に持続的に対応できるでしょうか？天然ガスをすべてのユーザーに確実に供給するために必要なインフラストラクチャ、熟練した人材、および安全手順が整っていますか？

今日のパイプライン管理

U.S. では、天然ガスは260万マイルの地下パイプラインネットワークを通じて顧客に供給されます。これには、220万マイルを超える地域のユーティリティ配電パイプラインと30万マイルを超える送電パイプラインが含まれています。1 このネットワークは広大で複雑なネットワークですが、パイプライン輸送は依然として消費者に天然ガスを供給する最も安全な方法です。

パイプライン運用では、持続可能な運用を維持するために、リアルタイムデータに基づく適切な情報が不可欠です。天然ガス供給の場合、重大事故の根本原因は外部からの被害にあります（図2）。しかし、重大事故の3分の1はパイプラインのメンテナンスと運用に関するものです。広大なネットワークでは、イベントの発生から是正対応までの時間が、それがほんの少しの中断なのか環境災害なのかを決定する要因になり得ます。

天然ガス供給の中断は、経済、安全、社会に大きな影響を及ぼします。2015年から2017年にかけて、U.S. では天然ガスパイプラインの事故により12人が死亡、10人が負傷したと報告されていますが、他にも死傷者を出さない事件やニアミスイベントは数え切れないほどあります。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。コミュニティは、安全慣行と老朽化したパイプラインインフラストラクチャを懸念しています。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、厳格な監査や違反に対する多額の罰金など、より厳しい法律を制定しています。

Stratus 天然ガス会社から同じテーマを聞いています。

「ますます複雑化するパイプラインインフラストラクチャシステムで、許容できないダウンタイムが発生しています。」

「すべ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、大勢の人を遠隔地に派遣する必要があります。」

「システムを常時稼働させていないと、目が見えなくなってしまいます。」

「コンプライアンスを遵守していることを証明する必要があります。データが欠落していてはなりません。そうしないと、罰金が科せられます。」

「私たちには、遠隔地のシステム問題を解決するための技術的なITスキルやリソースがありません。」

「パイプラインシステムがますます複雑になり、壊れやすくなっています。」

天然ガスパイプライン事業者は、レガシー、レイテンシー、モダナイゼーションに関する懸念事項を管理する上で、複数の課題に直面しています。さらに重要なのは、パイプライン事業者は収集したデータを活用し、情報主導型の意思決定を行わなければならないということです。

「データセンターの外部にあるエッジコンピューティングインフラストラクチャは、パイプラインインフラストラクチャ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、および処理するため、不可欠です。」

エッジコンピューティングとエッジコンピューティング: 高度なハードウェアとソフトウェアのテクノロジーは、パイプラインの運用と収益性を改善するための新しい道筋を描いています。このような開発により、データをリアルタイムで管理するオプションが根本的に変化しています。堅牢で信頼性の高いプラットフォームにより、データと情報を複数のユーザーと安全に共有できます。

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、および産業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、パイプラインインフラストラクチャに近い場所でデータを管理および分析するための新しい概念が生まれています。将来的には、天然ガスパイプライン業界でエッジコンピューティングと産業インフラ管理プラットフォームの採用が勢いを増すにつれて、IT部門とOT部門の業務が統合されるでしょう。

データセンターの外部にあるエッジコンピューティングインフラストラクチャは、パイプラインインフラストラクチャ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、および処理するため、不可欠です。

従来のパイプライン管理ソリューションは中流事業者に失敗している

多くの中流企業は、パイプラインデータの使用と運用管理の問題を解決するのに苦労しています。プロセスを自動化し、リアルタイムのデータ分析を行うためのサバイバルプランには、より多くのデジタル化機能を組み込むことが含まれます。エッジコンピューティングは、特定のパイプライン管理ワークロードと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。

中流資産は広大なネットワークです。パイプライン事業者は、運用パフォーマンスを向上させ、機器の可用性を高めるために、運用地域の近くにソリューションを設置する必要があります。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バックボーンとして機能します。HMI、SCADA、ヒストリアン、分析、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には、エッジコンピューティングとエッジコンピューティングの両方に産業グレードのプラットフォームが必要です（図3）。

エッジコンピューティングは、センサーやプログラマブルロジックコントローラー（PLC）などのスマート産業用デバイスによって収集されるデータ負荷のバランスを取ることができます。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、データを中流のパイプラインインフラストラクチャの近くで処理できるため、変化する状況への迅速な対応が可能になります。

パイプラインインフラ管理業務では、信頼性と安全性が最優先事項です。最近のデロイトのレポートによると、データ主導型のアプローチにより、年間のダウンタイムを 70% 削減し、計画外のダウンタイムコストを最大 22% 削減できるとのことです。従来の時間ベースのインフラストラクチャ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ヘルスデータ（温度、圧力、振動）をリアルタイムで分析できます。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、不可欠です。

より良いメンテナンスプログラムにより、主要インフラの耐用年数が長くなります。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には、パイプライン管理アプリケーションを迅速、確実、効率的に保護およびサポートする、堅牢で安全で高度に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、保存されたデータを保護し、SCADAプラットフォームへの接続が中断された場合でも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組み込む必要があります。

「最近のデロイトのレポートによると、データ主導型のアプローチにより、年間のダウンタイムを 70% 削減し、計画外のダウンタイムコストを最大 22% 削減できます。従来の時間ベースのインフラストラクチャ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ヘルスデータ（温度、圧力、振動）をリアルタイムで分析できます。」

パイプライン管理 — ヒューストン、問題発生

ある大手ガスパイプライン事業者は、16州にまたがる15,000マイルのインフラを管理し、年間1Tcf以上の天然ガスを顧客ベースに輸送していましたが、コンプレッサステーションを完全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、安全および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性を簡単に実装できました。しかし、SCADA、Historian、HMI、および関連する制御システムアプリケーションを運用するための常時稼働の完全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。さらに重要なのは、計画外の停止や壊滅的な障害が発生する前に、コンプレッサ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したことでした。

採用されたソリューションでは、各コンプレッサステーションに3台の標準コンピュータサーバを配備し、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には、各拠点に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、これはサーバに障害が発生した場合に運用を複雑にする重大な問題でした。コンプレッサステーションを完全に稼働させるには、本社で正確な動作環境を再構成し、その場所まで車で設置と再配線を行う必要がありました。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とは言えない結果となり、全体的な運用効率を高めるという目的を果たせませんでした。既存のハードウェアコンピューティングインフラストラクチャは、パイプライン管理の目標にとって重大で費用のかかる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するシステムでは、自動障害検出機能を備えた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上の非効率性を防ぐことができます。」

未来のパイプライン管理

ストラタステクノロジーズは、強調されている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て運用を最適化する、完全な常時稼働のパイプラインシステムをサポートします。このアプローチは次の 3 つのステップで構成されます。

• 制御と自動化をエッジ（パイプライン運用をサポートするデバイス）にもたらします。
• 厳しい気候条件下でも稼働できる堅牢なプラットフォームを構築してください。
• エッジと企業全体のデータを保護するソリューションを提供します。

制御と自動化をエッジにもたらします。 エッジコンピューティングは、分析や対応アクションをデータセンターやSCADAシステムに頼るのではなく、デバイスレベルでの制御の決定とアクションをサポートします。パイプラインでは、コンプレッサーステーションが業務の中心です。エッジコンピューティングは、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）を使用して、コンプレッサーステーションの予知保全と全体的なヘルス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分析することで、完全な故障が発生するかなり前に修理の必要性を検出できます。

計画的なメンテナンスにより、機器が使用できなくなったり、修理費用が発生したり、収益の損失が減ったりします。主要なパイプライン事故の約30％は、機器の故障と誤操作が原因です（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するシステムでは、自動障害検出機能を備えた24時間365日の監視により、予期しないダウンタイムやその他の運用上の非効率性を防ぐことができます。

厳しい気候条件下でも動作する堅牢なプラットフォームを構築してください。 パイプラインの場合、計装、センサー、コンプレッサー、およびデータプラットフォームは、さまざまな条件の影響を受けます。これらのデバイスや資産は、極端な温度、振動、衝撃に耐える必要があります。エッジコンピューティングプラットフォームは、産業グレードの設計であり、絶えず変化する環境に対する耐性を備えている必要があります。さらに重要なのは、プラットフォームが自動監視機能を備え、問題が発生した場合に自動修復機能を備えている必要があるということです。パイプラインの場合、ゼロタッチテクノロジーは、現場にITリソースを必要とせずに、リモート資産の監視、制御、更新を効率的にサポートします。

エッジと企業全体のデータを保護するソリューションを提供します。 デジタル化の主な利点は、組織全体でデータを移動して使用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懸念事項です。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、障害保護のための冗長機能を備えている必要があります。堅牢なプラットフォームがあれば、企業全体でデータをより簡単に、安全に、より安価に共有できます。柔軟な運用により、複雑さや障害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できます。

データ階層は、データを保存または使用する場所を決定するのに役立ちます。デジタル化により、より多くのデータが作成され、効率的に管理および分析できるようになります。エッジコンピューティングによって開発されたリアルタイムの情報により、デバイスレベルでより適切な意思決定をより迅速に実施できます。「プラグアンドプレイ」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、さらなるアクションのためにデータセンターにデータを送信する必要性を減らすことができます。

将来を見据えた運用

将来を見据えて、中流産業では、リモートパイプラインインフラストラクチャ、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とデータセキュリティをサポートする生活計画が必要になります。中流事業に最適なハードウェアとソフトウェアの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にとって重要です。中流企業には、業務に「盲目」な時間を費やす余裕はありません。

ストラタステクノロジーズは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。オイル・アンド・ガス・ミッドストリームで詳細を確認するか、デモをリクエストしてください。