全球電力需求正在上升。像再生能源和核能這類低排放來源必須滿足此需求。對工程師而言，這時刻帶來了壓力，必須設計出更智慧、更潔淨，且能更快速部署、易於維護並提供一致、長期效能的能源系統。這需要一種新的工程工作流程，一種能結合更快速的決策、協作和先進模擬，以便從第一次迭代（iteration）就能驗證效能的工作流程。
離岸風電： 海洋是一個艱困的工程環境。開發商必須考量風況變化、波浪力以及渦輪疲勞。模擬使得事先為這些條件建模成為可能。團隊可以在安裝前測試系統反應並微調效能策略，從而降低成本與風險。請參閱我們最新的部落格以了解更多。
混合能源系統： 這些系統結合了像是用於生產綠氫的風力驅動電解槽（electrolyzers）等技術。它們匯集了多個領域，包含機械、電氣、熱力和流體。多重物理量（Multiphysics）模擬讓工程師能將這些交互作用視為一個完整系統進行建模，以保證可靠性與效率。
能源轉型中的關鍵工程障礙
推動能源轉型的工程團隊面臨著一系列嚴苛的限制。他們必須在不偷工減料的情況下快速行動。
- 更快的上市時間： 開發時程正在縮短。對品質、可靠性和安全性的期望維持不變。
- 不斷演變的法規： 安全與環境標準不斷更新。團隊需要能在每個階段支援可追溯性和認證的能力。
- 經濟限制： 不穩定的供應鏈和上漲的材料成本，要求針對高風險環境提出具成本效益的解決方案。
- 跨學科的複雜性： 現今的能源系統跨越了多種物理範疇。跨越這些界線進行設計，需要無縫整合和系統層級的觀點。
- 基礎設施擴建： 增加新的能源容量意味著升級電網、儲能和配電網路。這些大規模專案既昂貴又耗時。
模擬提供了解決方案。虛擬環境中的高保真測試降低了不確定性並改善設計結果。它消除了實體原型製作的高昂成本與風險。
模擬與虛擬雙生的力量
模擬提供了一個虛擬環境，在製作實體原型之前測試、迭代並驗證構想。無論是優化風力發電機葉片還是分析反應爐核心的熱傳遞，模擬都允許工程師快速探索構想並做出有信心的設計決策。
虛擬雙生（Virtual Twins）提升了這項能力。虛擬雙生是一個精確的 3D 模型，結合了幾何、資料和物理學。它捕捉能源資產在整個生命週期中的行為和效能。先進模擬整合了真實世界資料，以顯示資產在不同條件下將如何反應。這種實體與虛擬世界之間的即時連結，讓團隊能夠監控、優化和管理能源系統。它提供了預測性洞察，協助工程師做出更好的決策。
對於能源供應商而言，虛擬雙生提供了數項優勢：
- 降低風險： 團隊可以在建造前虛擬測試構想，減少重工和投資風險。
- 更智慧的整合： 工程師可以模擬再生能源、儲能系統和電網在不同負載條件下如何互動，進而改善系統可靠性。
- 更快的規劃： 營運商可以預測輸電網路在未來情境下的表現，使長期規劃更加主動前瞻。
這種方法賦予團隊更多信心去探索雄心勃勃的設計。能源創新者已經在使用這些方法。NAAREA 使用模擬來評估其新型微型模組化反應爐，將真實世界資料輸入虛擬雙生以測試安全性與效能。同樣地，遠景能源（Envision Energy）對整個風力發電機系統進行建模，以微調設計並提升可靠性。LM Wind Power 應用先進的空氣聲學建模來設計更安靜、更高效的渦輪葉片，無需進行昂貴的現場測試。
MODSIM：統一設計與模擬
現代工程專案對於傳統的線性開發方式來說太過複雜。統一的 CAD 建模與模擬，即 MODSIM，提供了一條務實的前進道路。MODSIM 消除了設計與模擬之間的孤島。團隊在同一個平台上協作，在共同的資料模型上同時進行設計和模擬。
3DEXPERIENCE 平台上的模擬由備受推崇且廣泛部署的解算器（例如 Abaqus）驅動。MODSIM 建立了一個連續的回饋迴圈，允許工程師建立幾何形狀、劃分零件網格並應用測試條件，而無需檔案匯出。如果設計變更，模擬會自動更新。這個整合的迴圈支援快速的設計探索。團隊可以快速衡量權衡取捨並改善結果，而不會拖慢開發速度。
這種統一的方法透過消除設計師與分析師之間的人工交接，徹底改變了協作方式。透過在一個環境中將 CAD 和模擬與專案管理連結起來，3DEXPERIENCE 平台充當了單一信任源（single source of truth）。決策者可以將每一個設計選擇追溯回其效能資料。這降低了採用模擬的門檻。它賦予設計師和工程師權力，直接在 SIMULIA 內部進行模擬，而無需深入的分析師介入。最終，MODSIM 幫助企業轉向更敏捷、數位互聯的工程流程。
打造永續未來
能源產業正在迅速改變。SIMULIA 透過結合先進模擬與靈活性和規模化能力，協助企業跟上步伐。透過將模擬整合到日常工作流程中，工程師可以提早測試構想並更快解決問題。3DEXPERIENCE 平台上基於雲端的協作，提供了隨時隨地存取模擬的管道，並在需要時提供可擴展的高效能運算（HPC）。這種統一的方法能更快地交付更好的產品。
透過將 CAD、模擬和資料統一在一個虛擬環境中，我們賦予能源創新者全面性思考並帶著目的進行設計的能力。我們可以共同打造能驅動永續、具韌性未來的系統。
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原文轉載來自: Katie Corey – How Simulation Accelerates Sustainable Energy Innovation
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