Modelowanie 3D mechanicznego systemu przechowywania energii – WHIRL ENERGY

Firma Whirl Energy wykorzystuje narzędzia do projektowania, analizy strukturalnej, analizy dynamiki płynów i zarządzania danymi produktu (PDM) przy pracach nad stworzeniem innowacyjnych, mechanicznych boi zanurzonych w wodzie, przeznaczonych do przechowywania nadmiaru energii elektrycznej z odnawialnych źródeł. Modelowanie 3D mechanicznego systemu przechowywania energii odbywa się w oprogramowaniu SOLIDWORKS.

Wyzwanie:

Stworzenie wydajnego mechanicznego systemu przechowywania nadmiaru energii elektrycznej w celu jak najlepszego wykorzystania procesu generowania elektryczności z czystych, odnawialnych źródeł.

Rozwiązanie:

Wdrożenie rozwiązań SOLIDWORKS do opracowywania produktów, w tym oprogramowania do projektowania SOLIDWORKS Premium, narzędzi do analizy SOLIDWORKS Simulation Premium, oprogramowania do obliczeń dynamiki płynów SOLIDWORKS Flow Simulation oraz aplikacji do zarządzania danymi produktów SOLIDWORKS PDM.

Korzyści:

• Stworzenie opatentowanego systemu boi podwodnych do przechowywania energii elektrycznej
• Zapewnienie wsparcia procesowi szybkich, niedrogich iteracji koncepcji projektowych
• Usprawnienie wizualizacji projektów koncepcyjnych za pomocą funkcji tworzenia fotorealistycznych renderowań
• Rozwiązanie problemów z momentem obrotowym dzięki zaawansowanym funkcjom symulacji

Rozwojowi produkcji czystej, odnawialnej energii towarzyszy rozwój innowacyjnych systemów przechowywania nadmiaru elektryczności wygenerowanej przez farmy wiatrowe i solarne. Obecnie operatorzy bazujący na odnawialnych źródłach energii muszą ograniczać ilość generowanej energii, gdy przekracza ona zapotrzebowanie.

Dostępność metody wydajnego przechowywania nadmiernej ilości prądu sprawia, że producenci energii wiatrowej lub słonecznej nie muszą wyłączać swoich urządzeń w okresach mniejszego zapotrzebowania, dzięki czemu urządzenia mogą cały czas pracować z pełną wydajnością, zmniejszając koszt uzyskiwania czystej energii elektrycznej.

Ponieważ ilość generowanej energii sprawia, że stosowanie akumulatorów do jej przechowywania jest zbyt kosztowne, firmy tworzą systemy mechaniczne do przechowywania nadmiaru energii. Jednym z nich jest system stworzony przez kalifornijskie przedsiębiorstwo Whirl Energy, Inc., które zbudowało prototyp w skali 1:10 wykorzystujący nadmiar mocy do wpychania boi pod wodę na głębokość ok. 100 metrów. Aby wykorzystać zgromadzoną moc, boje są powoli wypuszczane, a ich siła wyporu powoduje uwalnianie przechowywanej energii w miarę wznoszenia się boi na powierzchnię.

Według prezesa firmy Sabena Murraya stworzenie takiego innowacyjnego systemu przechowywania energii wymagało spójnej platformy do projektowania i analizy. Jako półfinalista konkursu 2010 Clean Tech Open firma otrzymała bezpłatne licencje na oprogramowanie Autodesk  Inventor , lecz ostatecznie zdecydowała się na użycie rozwiązań marki SOLIDWORKS.

„Oprogramowanie SOLIDWORKS jest rozbudowane i intuicyjne w obsłudze, przede wszystkim dzięki integracji funkcji analizy metodą elementów skończonych (FEA)” — tłumaczy Saben Murray. „Zawiera zaawansowane funkcje, które pozwalają nam symulować unikatowe zachowania mechaniczne związane z zanurzaniem pod wodę boi o średnicy 5 metrów na głębokość 100 metrów”.

Firma Whirl Energy ustandaryzowała swoje procesy rozwoju produktu, korzystając z oprogramowania SOLIDWORKS, ponieważ rozwiązania tej marki zawierają zaawansowane technologie symulacji oraz narzędzia wizualizacyjne zamknięte we w pełni zintegrowanym pakiecie, który jest łatwy w obsłudze. Firma wdrożyła rozwiązanie SOLIDWORKS Premium (modelowanie 3D), oprogramowanie SOLIDWORKS Simulation Premium (analiza metodą elementów skończonych), narzędzia SOLIDWORKS Flow Simulation (obliczenia dynamiki płynów) oraz aplikację SOLIDWORKS PDM (zarządzanie danymi produktów).

„Dzięki oprogramowaniu SOLIDWORKS mamy możliwość szybkiego dopracowania tej innowacyjnej technologii stosunkowo niewielkim kosztem” — zauważa Saben Murray. „Rozwiązania SOLIDWORKS pozwalają nam zweryfikować, czy zaprojektowane systemy będą działać poprawnie, a także kontynuować dopracowywanie komercyjnej wersji, stanowiącej rozwinięcie przygotowanego przez nas funkcjonalnego prototypu wykorzystującego boje o średnicy pół metra”.

Rozwiązania SOLIDWORKS przyspieszają prace firmy Whirl Energy nad rozwojem pierwszych na świecie mechanicznych baterii wypornościowych stosowanych na skalę komercyjną. Firma początkowo rozwijała system przechowywania energii oparty na kole zamachowym. Jednak gdy okazało się, że to podejście ma fundamentalne ograniczenia, rozpoczęto badania nad siłą wyporności jako bardziej praktyczną alternatywą. Ponieważ iteracje projektowania i analizy w oprogramowaniu SOLIDWORKS są łatwe i niedrogie, firma Whirl Energy szybko rozwinęła swoją koncepcję i stworzyła na jej podstawie działający prototyp oraz zgłoszenie patentowe, przygotowując się do komercyjnego projektu pilotażowego.

„Magazynowanie prądu to duży problem dla firm generujących energię odnawialną, które wytwarzania do poziomu typowego dla konwencjonalnego wytwarzania elektryczności” — podkreśla Saben Murray.

„Dzięki oprogramowaniu SOLIDWORKS możemy sprawnie tworzyć iteracje koncepcji projektowych, szybko przechodząc od pomysłu do sprawdzonego projektu. W naszym przypadku rozwiązania SOLIDWORKS pomogły określić teoretyczne ograniczenia konstrukcji z kołem zamachowym i sprawdzić, w jaki sposób system zanurzonych boi pozwoli obejść te ograniczenia”

Whirl Energy wykorzystuje oprogramowanie SOLIDWORKS Simulation Premium do badania i mierzenia ogromnych sił i naprężeń występujących podczas zanurzania boi pod wodę. Ta wiedza jest wykorzystywana do zoptymalizowania konstrukcji systemu tak, aby wytrzymał trudne warunki pracy.

Wersje boi w pełnej skali oraz wytrzymałe plecione cumy łączącce je z podwodnymi wciągarkami będą generować moment obrotowy o wartości milionów niutonometrów. Planowane przekładnie do tych systemów są jednymi z największych przekładni planetarnych, jakie kiedykolwiek wyprodukował człowiek” — mówi Saben Murray.

„Z pomocą narzędzi SOLIDWORKS Simulation zminimalizowaliśmy nierównomierność rozkładu sił, zyskując symetrię i równowagę, która zapewnia optymalne wykorzystanie materiałów mimo ogromnych obciążeń roboczych, co jest niezmierne ważne, jeśli chcemy, aby system przechowywania energii sprawdził się w praktyce”.

Narzędzia SOLIDWORKS są wykorzystywane w firmie nie tylko do modelowania 3d systemu zanurzonych boi, sprawdzania jego działania i tworzenia funkcjonalnego prototypu, ale także do przygotowywania prezentacji działania systemu. „Bez narzędzi SOLIDWORKS mielibyśmy dużo więcej trudności z wyjaśnieniem zasad działania systemu” — zauważa Saben Murray.

„To ważne, ponieważ inwestorzy i potencjalni klienci muszą wiedzieć, co tworzymy” — dodaje. „Moglibyśmy opowiadać o systemie przechowywania energii wykorzystującym betonowe kotwice, podwodne wciągarki, cumy, bloki, kratownice i boje.

Jednak fotorealistyczny obraz systemu wygenerowany dziękiPhotoView 360 lub Visualize znacznie skuteczniej wyjaśnia odbiorcom zasadę działania systemu i ułatwia zbieranie funduszy na stworzenie pełnoskalowego rozwiązania do zastosowań komercyjnych”.

Podsumowanie

Korzystając z narzędzi SOLIDWORKS do modelowania 3D, symulacji i zarządzania danymi produktu frima Whirl Energy przyspiesza rozwój pierwszych na świecie mechanicznych baterii wypornościowych stosowanych na skalę komercyjną.