顺应潮流:Ansys帮助Wärtsilä能万博源动力转向可持续发展的未来

万博Ansys解决方案使Wärtsilä Energy(向100%可再生能源未来过渡的领导者)能够模拟和构建GridSolv Quantum -由他们的优化GEMS数字能源平台-低维护，完全集成，货架就绪的存储系统。它具有20年的设计寿命，并提供高能效，以帮助保持电力流动。

设计时考虑到可持续能源优化

Wärtsilä总部位于芬兰赫尔辛基，为海洋和能源市场开发市场领先的技术和生命周期解决方案。他们专门设计了完全集成的储能系统，便于部署和可持续能源优化，适用于太阳能、风电场和发电厂应用。组件被预先组装并运送到客户现场，以便立即使用。每个储能单元由硬件组成，如电池、冷却和灭火系统、容器、逆变器或电源调节器，以及调节它们所需的软件。多余的能量被捕获并储存起来，以备将来在系统中使用。

对储能系统感兴趣的客户通常关注的是稳定性和可靠性，包括实际运行成本、电池充放电率以及它们对退化的敏感性——所有这些都可以使用仿真软件来回答。设计一个全新的储能系统来满足这些期望，需要一个复杂的系统模型，可以模拟和捕捉电池的热电和电化学行为，以及多个系统组件之间复杂的瞬态传热。该模型必须在瞬态分析中准确预测电池模块的温度变化-计算电路在规定时间内的响应。成功的仿真依赖于系统模型和独特的软件环境之间的无缝数据交换。

为了建立一个系统模型来满足他们的目标，Wärtsilä开始使用模拟来完成一些目标，包括:

• 根据电池性能数据，建立基于电路模型(ECM)的电池单元模型。
• 创建冷却器模型，根据电池和冷却剂温度确定功耗和冷却能力。
• 生成并验证降阶模型从计算流体动力学(CFD)的冷板模型来校准系统的精度和计算速度。
• 将ECM和降阶模型(rom)结合到电池模块中，以了解充电状态作为各种因素的函数，并控制电池充放电率。
• 结合模型组件，创建用于测试和验证的精确电池存储系统模型。

Wärtsilä的产品开发工程师关德伟(Dewei Guan)表示:“作为一名工程师，你总是会质疑系统的利润率是多少，以增强客户的信心。”“所有这些问题都无法通过手工计算或简单的模型来解决——你必须将这些多物理场问题与系统模型结合在一起。我们必须使用多物理场模拟软件来回答这些问题，并为我们的客户解决非常具体的问题。”

通过仿真负责系统性能

模拟使团队能够提供一个准确、可靠的存储系统模型，可以测试和验证电池寿命期间的整体系统性能。万博Ansys解决方案帮助Wärtsilä轻松预测未来五年将会发生什么。仿真软件提供直观的、用户友好的工具，从各个角度解决系统开发和验证问题。Wärtsilä在存储系统验万博证的每个阶段都使用了Ansys的综合求解器，无论是在系统级工作还是捕获特定的电气响应。万博Ansys Twin Builder 's减少阶数模型(ROM)技术还显著缩短了整体仿真时间——通过高保真的CFD模型表示，从一天缩短到10分钟，从而加快了产品开发速度。

“我们在Ansys内部完成所有工作，因为Ansys万博基本上为每个工程角度提供了工具，”Guan说。“例如,万博Ansys SpaceClaim是一个非常用户友好的，直观的方式来创建我们的基本模型。然后我们可以将结果的CFD模型从万博Ansys流利到Twin Builder了解我们模型的热性能。按照这个工作流程，我们可以快速轻松地模拟系统级响应。”

以相同频率旋转

除了电力流中断之外，还有频率调节用例-系统频率过高或过低的情况可以通过Wärtsilä的能量存储系统解决。发电厂要运行，每台发电机必须以相同的频率旋转，以保持整个系统的稳定;然而，设施通常很难像需求变化一样快速地提供系统响应。如果供给大于需求，频率将上升到60赫兹以上。如果它更低，它将下降到60赫兹以下。

假设一个发电厂持续输出100兆瓦的能量，但有时需求是120兆瓦。当需求较高时，频率会降低，因为发电厂的转子无法按要求快速旋转，造成不稳定的条件。Wärtsilä的存储系统在这一交易的中间，以平衡发电厂的输出和增加的需求之间的差异。能源存储系统对发电和需求变化之间的任何差异做出反应，要么通过电池吸收额外的电力，要么在这种情况下，从电池中传递存储的电力，使频率保持不变。

在这种情况下，成功的电力转移取决于Wärtsilä的存储系统在向电网输送电力的过程中充当中介的能力。Guan依靠模拟数据进行单元级测试，以了解电池单元的退化情况，收集数据，然后输入数据来预测模块或系统级行为，或改进存储系统设计。例如，在管道开发过程中使用表面模拟，Guan和团队可以加速新的管道设计，这需要均匀分布的流体到每个电池模块。在这种情况下，Fluent实现了精确的压降和流量预测，以确保适当的能量流。最终，这种测试只需要一个原型，节省了6个月的开发时间，从而节省了大量的成本。

“Wärtsilä使用Ansy万博s软件进行复杂的电池存储系统建模，以准确测试和预测我们储能系统的预期寿命，”Guan说。“在Ansys仿真软件的帮助下，我们万博能够对系统进行分层并建立一个准确的表示，我们可以用它来了解热管理性能。模拟还为团队节省了6个月的开发时间，并将物理原型的数量减少了3个。”

正是这些优势促使Guan在开发过程中依赖Ansys仿真软件，从而实现快速、简单的系统建模，以及精确的系统级响应万博仿真。

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