Es ist eine globale Herausforderung: Energiewende, Klimaerwärmung, CO2-Bilanz, Souveränität, Kostenkontrolle… Jede Etappe der Wertschöpfungskette berücksichtigt die Beherrschung der Energie. Unsere Ingenieure arbeiten im Auftrag von Energieerzeugern, für deren Ausrüster sowie in internationalen Forschungs- und Entwicklungsverbundprojekten, um neue Technologien zu identifizieren (Elektrolyseure, Thermoakustik…).
Optimierung des Gerätedesigns
Jedes energiebezogene Projekt beinhaltet eine Kette von Akteuren und Subunternehmern, die Eigentümer eines definierten Teils des Systems sind, der mit anderen verbunden wird und sowohl im Vorfeld als auch im Nachhinein von globaleren technischen Entscheidungen beeinflusst wird. Mithilfe von Simulationen können Unternehmen mechanische Geräte, die bei der Erzeugung, Übertragung und Verteilung von Energie zum Einsatz kommen, wie Turbinen, Pumpen, Ventile, Rohre usw., entwerfen und optimieren und sowohl die Inbetriebnahme als auch den Betrieb vorwegnehmen. Dies führt zu einer besseren Leistung und Energieeffizienz.
Analyse von Fehlern
Die Zuverlässigkeit von Sicherheitsbauteilen und -organen ist kritisch. Der Umgang mit industriellen Risiken erfordert einen sicheren Betrieb der Anlagen. Angesichts der hohen Ausfallkosten ist es außerdem notwendig, die Ausfallrisiken zu antizipieren, um robuste Wartungspläne erstellen zu können. Mithilfe von Simulationen können potenzielle Ausfälle von mechanischen Geräten simuliert und analysiert werden, um Risikobereiche zu identifizieren und Maßnahmen zu ergreifen, um diese zu entschärfen.
Reduzierung von Kosten und Zeitaufwand
Simulationen ermöglichen es, Kosten und Entwicklungszeiten zu senken, indem Geräte wie Prozesse vor ihrer physischen Umsetzung virtuell getestet oder optimiert werden oder sogar virtuelle Tests erforscht werden, die physisch nicht nachvollzogen werden können. Unsere Teams arbeiten direkt mit den Innovation Boards und den F&E-Teams unserer Kunden zusammen, um jeden wichtigen Schritt des Projekts zu simulieren.
Gasturbinen-Turbomaschine (mechanisch)
Turbinen, egal ob Gas-, Dampf- oder Wasserturbinen, sind während ihres Betriebs verschiedenen mechanischen (Zentrifugalkraft, Druck, …) und thermischen (Wärmeaustausch Flüssigkeit/Metall, Kühlung) Belastungen ausgesetzt, die zyklisch (Start/Stopp), vorübergehend oder kontinuierlich auftreten können. Numerische Simulationen ermöglichen es, die Reaktion der Elemente dieser Turbinen unter diesen Belastungen zu bestimmen und somit für jede Art von Schaden (Vibration, Ermüdung, Kriechen, Oxidation, …) die Risiken für die Integrität der Turbine bereits in der Designphase zu bewerten und Korrekturen vor der Produktion anzuwenden. Die Berechnungen ermöglichen es außerdem, die Akzeptanz von Nichtkonformitäten während der Produktionsphase zu bewerten und eventuell auftretende Fehlfunktionen genau zu analysieren.
1D-Systemanalysen
Im Energiesektor sind Kühlsysteme von größter Bedeutung. Diese Systeme müssen robust sein und ihre Funktionen auch bei Zwischenfällen/Unfällen erfüllen. 1D-Systemanalysen ermöglichen es, die Leistung dieser Systeme zu schätzen und zu überprüfen, ob die Funktionen im Falle eines Ausfalls durch die Verwendung von Kontrollsystemen, die direkt in die Simulation implementiert werden, angemessen gewährleistet werden.
Lecks in einer Gasturbine (CFD)
Durch Simulation können viele verschiedene Arten von Fehlern berücksichtigt werden. Lecks in einer Komponente können zu katastrophalen Folgen führen, wenn das Gebiet nicht ordnungsgemäß klassifiziert ist. Beispielsweise führt ein Methanleck in einer Gasturbine zu Explosionsgefahr, wenn der Bereich nicht richtig belüftet wird und die Einstufung des Bereichs nicht mit den Risiken übereinstimmt. Die Simulation ermöglicht die Schätzung der erforderlichen Belüftung und der inhärenten Klassifizierung unter Berücksichtigung der komplexen physikalischen Effekte, die mit einem Leck verbunden sind (Überschallströmung, Gasansammlung usw.).
Komponenten
In der Energieindustrie kommen viele Komponenten zum Einsatz, die nachweislich robust sein müssen. Pumpen, Ventile und sogar das Fahrgestell müssen robust genug sein, um sowohl normalen als auch beeinträchtigten oder sogar unfallbedingten Bedingungen standzuhalten. Mithilfe von Simulationen (Mechanik, CFD, FSI, EMV…) können viele verschiedene Parameter genau analysiert werden: von den Schwingeffekten in den Tanks über die Kräfte in den Schrauben bis hin zum Kriechen in den Komponenten aufgrund der hohen Temperaturen… Mithilfe der Simulation kann ermittelt und überprüft werden, ob diese Komponenten unter Betriebs- und Unfallbedingungen ausreichend robust sind.
Nachbehandlung nach Standards
Um die Überprüfungsprozesse zu vereinfachen und die Sicherheit der Betreiber zu gewährleisten, wurden auf Erfahrungswerten basierende Normen (RCC-M, EN 13445, etc.) eingeführt. Die Simulation ermöglicht es, die Integrität dieser Komponenten zu überprüfen, indem sie den Berechnungs- und Nachbearbeitungsmethoden der Normen folgt. Die DAES-Teams haben eine ANSYS-App entwickelt, die die Nachbearbeitung von Daten gemäß RCC-M vereinfacht und optimiert. Versionen für RCC-MRx und ASME sind in der Entwicklung und werden demnächst zur Miete oder zum Kauf angeboten.
Innovationen für die Zukunft: Digitale Simulation als Motor für Innovationen!
Cleantech (oder Clean Technology auf Englisch) bezeichnet alle sauberen Technologien oder grünen Technologien, die darauf abzielen, die Umweltauswirkungen menschlicher Aktivitäten zu reduzieren und gleichzeitig die Effizienz und Produktivität zu steigern.
Cleantech-Technologien decken ein breites Spektrum an Bereichen ab, darunter erneuerbare Energien (Solar-, Wind-, Wasser- und Erdwärmeenergie), Abfallmanagement, Wasseraufbereitung, nachhaltige Mobilität, umweltfreundliche Materialien, intelligente Gebäude, saubere Energieerzeugung und -verteilung usw.
Das Hauptziel von Cleantech ist die Bereitstellung nachhaltiger Lösungen, die den Ausstoß von Treibhausgasen verringern und die natürlichen Ressourcen schonen, während sie gleichzeitig neue wirtschaftliche Möglichkeiten für Unternehmen schaffen und die Lebensqualität der Menschen verbessern.
Es ist ganz natürlich, dass DAES Sie bei diesen Projekten unterstützt.
Produktdesign und -optimierung
Cleantech-Unternehmen können die numerisch-mechanische Simulation nutzen, um Produkte wie Windkraftanlagen, Solarpaneele, Wasserturbinen, Wärmepumpen usw. zu entwerfen und zu optimieren. Dadurch werden die Entwicklungskosten gesenkt und die Effizienz und Nachhaltigkeit der Produkte verbessert.
Material- und Leistungssimulation
Cleantech-Unternehmen können die numerisch-mechanische Simulation nutzen, um die Leistung der Materialien, die sie bei der Herstellung ihrer Produkte verwenden, sowie die Gesamtleistung ihrer Produkte zu simulieren. So können alternative, nachhaltigere Materialien getestet und effizientere und bessere Produkte entworfen werden.
Risiko- und Nachhaltigkeitsanalyse
Die numerisch-mechanische Simulation kann verwendet werden, um die Risiken und die Nachhaltigkeit von Cleantech-Produkten während ihres gesamten Lebenszyklus von der Produktion bis zum Ende der Lebensdauer zu bewerten. So können potenzielle Risiken identifiziert und Maßnahmen ergriffen werden, um die Umweltauswirkungen der Produkte zu minimieren.
Planung und Optimierung von Prozessen
Die numerische Simulation kann zur Planung und Optimierung der Produktions- und Vertriebsprozesse von Cleantech-Produkten eingesetzt werden. Dadurch werden die Ressourcen optimal genutzt, die Treibhausgasemissionen reduziert und die Rentabilität erhöht.
Mechanismen von Windkraftanlagen
Windkraftanlagen und die verschiedenen Komponenten ihres Mechanismus sind großen Belastungen ausgesetzt. Diese schwer ersetzbaren Teile müssen nicht nur den Belastungen durch Wetter, Transportbedingungen, den Mechanismus an sich (Lager, Lager…) und anderen Faktoren standhalten, sondern auch über lange Zeiträume hinweg überleben und somit Ermüdungserscheinungen aushalten. Mithilfe der Simulation lässt sich abschätzen, wie sich diese (normierten oder nicht normierten) Belastungen auf die Lebensdauer dieser Bauteile und ihre Robustheit auswirken.
Analyse der Rotorblätter der Windkraftanlage
Wer an eine Windkraftanlage denkt, denkt auch an Rotorblätter. Diese direkt dem Wind ausgesetzten und großen Bauteile müssen steif und biegefest sein. Mithilfe von Finite-Elemente-Analysen, Modalanalysen und gekoppelten FSI-Berechnungen (Fluid-Struktur-Interaktion) können diese Anforderungen und ihr Verhalten selbst bei starken Winden überprüft werden. Die verfügbaren Materialgesetze ermöglichen es außerdem, alle Bruchmodi, die im Verbundwerkstoff auftreten können, zu antizipieren.
Umweltauswirkungen einer Windkraftanlage
Die Simulation ermöglicht es, die Umweltauswirkungen eines Windkraftfeldes zu antizipieren. Wenn der Wind durch ein solches Feld weht, verändert sich die Struktur der Strömung, was sich auf die umliegende Flora auswirken kann. Durch eine CFD-Berechnung kann die Veränderung dieser Strömung vorweggenommen werden.
In ähnlicher Weise kann durch die Analyse der resultierenden Drücke die Akustik dieser Maschinen geschätzt und die Auswirkungen auf die Anwohner bewertet werden.
Systemanalyse einer Entsalzungsanlage
Eine Entsalzungsanlage besteht aus einem Kreislauf, in dem der Druck von größter Bedeutung ist. Eine 1D-Systemanalyse ermöglicht es, die Entwicklung der verschiedenen Parameter (Druck, Durchfluss, Salzkonzentration) in den Schleifen während der gesamten Strecke zu betrachten, aber auch im Laufe der Zeit, falls die Pumpen an- oder abgeschaltet werden.
CFD-Analyse der Komponenten einer Entsalzungsanlage
Um das Meerwasser in Sole und reines Wasser zu trennen, wird das Wasser durch Filter, Membranen (je nach verwendeter Technologie) geleitet. Mithilfe von CFD-Analysen lässt sich die Leistung dieser Filter abschätzen und sie können in globaleren Modellen oder in 1D-Analysen durch äquivalente Modelle ersetzt werden.
