風能產業的發展救星

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發佈日期 2011-06-17


風能產業的發展救星

Energizing the Wind Industry

Increased complexities require a system-level approach in designing and evaluating wind turbines

Ahmad Haidari, Global Industry Director for Process, Energy and Power, ANSYS, Inc.

ANSYS Advantage, Volume V, Issue 1, 2011

 

全球的風力能源專案,從小型裝置到大型電廠,都有一個主要的目標:在提升信賴度的同時降低單位成本。從企業的角度來看,藉著左右有效率的風機(wind turbine)設計、製造、部署及操作,科技可更增其可行性。無論是近岸型、離岸型或遠岸型裝置,科學及工程方面的進展使得工業規模成為可能,尤其是經由氣動力學設計、材料科學、機構設計、電機控制、場址選擇及電廠規劃等能力的提升。

 

風機及風能專案將變得更為複雜,因此它們必須能在最初設計時無法考慮到的情況下仍進行可靠的運作。非常大型風機的離岸設置及浮動結構是重大科技成就。能源公司希望能設計、設置,及有效率且可靠的操作葉片超過50公尺及承受不同角度的波浪及強風攻擊的上部結構。

 

歷史上,發展風能的公司只使用工程模擬軟體進行特定設計要求的模擬或單一元件分析。ANSYS在風能產業成功應用的範圍包含:

 

氣動力學分析:推力效率、葉片結構完整性、最佳負載及疲勞度、噪音預測、強風中結構與流體的交互作用、鳥擊、結冰、邊界層轉移、近尾流及遠場研究。

結構設計:塔及轉動結構完整性及安全性、能源轉換效率、設置成本和維護、離岸傳輸及設置。

元件分析:葉片、齒輪箱及軸承、發電機、吊艙、轉子、驅動器、馬達、電子冷卻。

場址選擇及電廠規劃:最大潛能、電力輸出(尖峰及平均) 、風力負載、疲勞。

渦輪配置:多變地域、    大浪、森林、複合尾波效應、建築及逆流。

電機系統:電力機械、多速度控制系統、轉換器、電力電子學、電力分配、感應器和致動器設計。

葉片製造

 

今天,漸增的複雜性使得在設計風機及評估真實世界中的效能時需要系統性分析。工程模擬軟體的進步使其成為可能:舉例而言,ANSYS WORKBENCH環境就是被設計有建立完全風機系統的能力。經由包含紊流轉換模式的更強求解器功能,更佳的接觸模型,多物理耦合功能,組合工具,高效能計算,及可連結針對風機葉片製造或氣動彈性力學計算的第三方軟體的彈性。

 

工程師可以使用Ansoft Simplorer軟體進行系統層次的電機分析,使用Ansoft Maxwell進行電磁分析,應用ANSYS CFD進行風力發電分析,以及使用ANSYS Mechanical進行拉伸及模態分析。藉由高層次整合及先進能力,工程師已由單次簡化性模擬轉為進行包含所有風機設計的其他細節模擬 – 如使效率小小增加。其對產業的重要性為可以傳輸更多的電力,降低停工期及更好的利潤。這些細節也可以改善可靠度,並獲得更佳的風力操作。

 

已經有許多應用在風能供應鏈工程模擬上令人興奮的例子。三個不同的風能專案會在本期ANSYS ADVANTAGE發表。每一個專案都呈現了ANSYS的廣泛性。若沒有模擬的能力,這些專案也許將不會成功。

 

藉由逐漸增加的風能需求,工程師將面對更多額外的複雜性,如設置在更遠及更艱困環境的更大葉片。風力電廠基地的選擇繼續降低風險及克服鄰近和環境的影響。新的電力線,更輕的塔,多通道渦輪,浮動平台及更安靜的機器將被發展出來。之後將會碰到安全性及可靠度提升,遠端監控改善,系統維護及調整需求的降低等挑戰。ANSYS將持續在提供風力發電工業高精確整合及先進的能力上前進。

 

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