Utveckling för en hållbar framtid

Solceller, vindkraft, andra förnybara produktionsformer och energilagringssystem erbjuder livskraftiga alternativ till fossila bränslen, men även de har miljömässiga, ekonomiska och sociala konsekvenser. Dessutom står branschen inför ett enormt kostnadstryck för att göra det lönsamt att införa förnybara energikällor med lagring i stor skala. För att tillverkningsökningen inom industrin för förnybar energi ska bli hållbar och effektiv måste det ske enorma innovationer och kräver införande av banbrytande teknik. För att införa denna teknik både i konstruktionsstadiet och i tillverkningsprocesserna krävs en grundläggande förståelse  för virtuell produktutveckling som kan använda data på ett mer användbart och effektivt sätt, och detta är områden där Hexagon har stor sakkunskap och branschledande lösningar.

Hexagons division Manufacturing Intelligence tillhandahåller lösningar som använder data från konstruktion och teknik, produktion och metrologi och som frigör de enorma fördelar som följer i kölvattnet av smart tillverkning. Den har ett nära samarbete med ledande energiaktörer för att effektivisera framtidens rena kraftproduktion. Vår utrustning och programvara ger förbättringar i tillverkningen av vindturbiner, solpaneler och trackers, underhållet av vattenkraftverk och mycket mer. Inom Hexagon finns välkända varumärkern såsom MSC Software, Romax och EdgeCAM samt Leica och Leitz för att nämna några. Hexagons engagemang för en hållbar framtid visar sig också genom grundandet av R-evolution, ett helägt dotterbolag med uppgift att driva på de hållbara tillämpningarna av Hexagons kombinerade kapacitet.

Här är en liten del av de verkliga exemplen som visar hur Hexagons digitala tvillingsimuleringar används inom industrin för förnybar energi för att minska materialförbrukningen och antalet fysiska prototyper, förbättra produktens prestanda och hållbarhet.   

Simuleringslösning för miniatyrisering av drivlinor

Här är ett exempel från ZF vindkraft. Vindkraftsmarknaden står inför kritiska utmaningar när det gäller kostnader, och ett av sätten att minska energikostnaderna är att minska mängden material som används och minska den totala storleken på turbindelarna. Av den anledningen utvecklar ZF en krafttät, lättviktig drivlina för vindkraftverk samtidigt som de försöker minimera överföringsfelet för att minska bullret.

Nyckeln till en bra simuleringslösning är att hitta rätt nivå av modellkomplexitet. Om den är för förenklad får du inte den noggrannhet du behöver, men om den är för komplex än nödvändigt slösar du också tid på modellering och beräkning.

I den ursprungliga förenklade drivlinjemodellen kunde ZF:s ingenjörer inte matcha de fysiska testresultaten med simuleringsresultaten, och efter att ha lagt till ytterligare en nivå av noggrannhet med hjälp av Hexagons världsledande drivlinjesimuleringsprogramvara Romax hittade de den perfekta modellen för att fånga det centraliserade kontaktmönstret på kugghjulen i simuleringen. Och när korrelationen väl var uppnådd kunde de utföra en optimeringsstudie för att hitta den bästa kuggtopologin för att minimera överföringsfel och buller, vilket sparade enorma mängder tid och kostnader för fysisk prototyptillverkning och testning, samtidigt som de miniatyriserade drivlinan för att minska materialspill och kostnaden för energiproduktion.

Lättviktslösning för blad med hjälp av strukturell analys

Korea tävlar om att vinna tävlingen om att bygga de mest hållbara städerna, och det är därför som den koreanska regeringen satsar stort på förnybar energi med planer på att bygga världens största havsbaserade vindkraftverk med den lägsta kostnaden för energiproduktion.

För att minska vikten och tillverkningskostnaden för vindturbinblad har General Electric (GE) Co. och National Renewable Energy Laboratory (NREL) introducerat en design av vindturbinblad med tygöverdrag. Korea Institute of Energy Research har skapat en prototyp på 10 kW för att validera den nya konstruktionen.

För att bekräfta att den nya konstruktionens strukturella integritet skulle vara likartad med typiska vindturbinblad utfördes en strukturell analys med MSC Nastran, Hexagons programvara för strukturell analys, för konstruktionsbelastningarna. Vindkraftverket simulerades under flera driftsförhållanden, bland annat normal elproduktion, avstängning av nätet, nödavstängning och parkering, och simuleringsresultaten gav en korrelation på mer än 90 % jämfört med de fysiska testresultaten, vilket är extremt bra.

Hexagons materialsimuleringsprogramvara Digimat fångar också den anisotropa materialprestandan hos kompositer, som ofta används för att konstruera turbinbladet. Att ha en realistisk förståelse för materialbeteendet ökar inte bara simuleringens noggrannhet, utan hjälper också ingenjörerna att förstå hur man bättre kan återvinna materialen efter att turbinbladen har tagits ur bruk.

Vindskydd med simulering av solföljare

Inom solenergibranschen har Hexagons tekniska programvara också använts i stor utsträckning av företag som FTC Solar, en snabbväxande global leverantör av solföljare, för att hjälpa ingenjörer att förstå hur starka vindbyar och stormförhållanden kan skada solföljare. För att simulera solföljningssystemets mekaniska prestanda använde FTC Solars ingenjörer programvaran för dynamik med flera kroppar och strukturell analys för att utvärdera möjliga dynamiska strukturella spänningsscenarier under drift, särskilt under extrema belastningsförhållanden.

Att bygga och driva den smartaste solcellsparken i världen

Hexagon har inte bara tillhandahållit en komplett uppsättning industriella lösningar och tekniker till olika OEM:er och leverantörer inom industrin för förnybar energi, utan byggde också sitt eget projekt för förnybar energi i april 2021 genom förvärvet av en 40 hektar stor solcellsanläggning med solceller i Archidona i sydvästra Spanien nära Malaga. Målet är ganska enkelt - att göra det till världens smartaste solcellsprojekt med en ambition att leverera el med 30 % högre produktion än motsvarande solfarmer som inte använder Hexagons teknik. Hexagons mål för effektivitetsförbättringar kommer att omfatta allt från planering, konstruktion, tillverkning, byggande, drift och optimering av solcellsanläggningar.

Som exempel kan nämnas att ett av de mest användbara resultaten från detta projekt är kopplingen av Cradle CFD till vår Hexagon Xalt-teknik för att producera en förstärkt verklighetsvisualisering (AR) av anläggningen på plats så att operatörerna kan titta på fluidflödeseffekter och värmetemperaturer när de håller upp sina iPads eller iPhones och ser vad som finns framför dem en viss dag.

Hexagon har en unik position för att leverera mjuk- och hårdvarulösningar för ett brett spektrum av hållbarhetstillämpningar. Vårt hållbarhetsuppdrag är helt inriktat på att använda virtuella och verkliga data för att öka effektiviteten, produktiviteten och kvaliteten på ett klokt sätt i anläggningar för förnybar energi och på ett sätt som minskar de akuta riskerna med utarmning av naturresurser och avfall.

Om du vill veta mer om Hexagon’s lösningar för vindkraft och höra hur branschledande företag och institutioner som ZF Wind Power och National Renewable Energy Laboratory (NREL) har samarbetat med oss för att minimera kostnaderna för vindkraft genom att maximera effektiviteten och tillförlitligheten, kan du ladda ner vår nya e-bok med titeln "Optimising wind turbine design and engineering".