首頁(yè) > 新聞資訊 本文原載于Ansys Advantage：《Making Waves in Sustainable Energy》
美國(guó)、英國(guó)和許多其他國(guó)家都已制定宏大的可再生能源目標(biāo)，以緩解實(shí)際的氣候變化影響。英國(guó)曾聲明英國(guó)能源行業(yè)將于2050年實(shí)現(xiàn)碳凈零排放；美國(guó)也曾表示希望到2035年能全部使用可再生能源發(fā)電。
盡管太陽(yáng)能技術(shù)和風(fēng)能技術(shù)已經(jīng)開始替代化石燃料，并且這兩種技術(shù)也已成為全球應(yīng)對(duì)氣候變化的基本備選方案，但是要實(shí)現(xiàn)宏大的目標(biāo)，僅憑借這兩種技術(shù)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。有一種全球各地都可以利用的，蘊(yùn)藏豐富但卻被忽視的能源：潮汐能。通過(guò)開發(fā)天然洋流蘊(yùn)含的能源，世界各國(guó)都可以從一種物理足跡相對(duì)較小，對(duì)環(huán)境的影響也最小的清潔、可再生、可靠及可預(yù)測(cè)的能源中大獲裨益。
為實(shí)現(xiàn)商業(yè)化設(shè)定航向
潮汐流發(fā)電仍然是一種新興的可再生能源技術(shù)，主要是因?yàn)樗婕皬?fù)雜的工程挑戰(zhàn)。如果要大規(guī)模采用潮汐發(fā)電來(lái)支持嚴(yán)格的可再生能源目標(biāo)，就必須成功克服這些挑戰(zhàn)。
Orbital公司于2002年在蘇格蘭奧克尼成立，該公司確立了一個(gè)明確的目標(biāo)：完美整合工程專業(yè)技術(shù)，研發(fā)顛覆性的商業(yè)化大功率潮汐渦輪機(jī)所需的先進(jìn)技術(shù)，并將其推廣到全世界。
Orbital公司的旗艦解決方案O2，是一款長(zhǎng)達(dá)74米的渦輪機(jī)，通過(guò)錨定系統(tǒng)系泊在海床上。當(dāng)強(qiáng)勁的潮汐流沖擊O2時(shí)，巨型1MW雙水下轉(zhuǎn)子將發(fā)出電力。該轉(zhuǎn)子的葉片長(zhǎng)10米，可提供超過(guò)600平方米的面積來(lái)捕獲流動(dòng)的潮汐能。電力通過(guò)活動(dòng)線纜從渦輪機(jī)輸送到海床，然后通過(guò)鋪設(shè)在海床上的固定線纜，將能量輸送到陸地上的配電設(shè)施。
Orbital公司設(shè)計(jì)O2的目的是，解決困擾潮汐渦輪機(jī)商業(yè)化的眾多歷史難題。與固定在海底的水下渦輪機(jī)不同，O2的轉(zhuǎn)子附著在可以升出水面的支撐腳上，從而便于進(jìn)行維護(hù)和維修。這是一個(gè)至關(guān)重要的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，因?yàn)楹Ｑ蟓h(huán)境非常惡劣，設(shè)備養(yǎng)護(hù)的難度與高成本過(guò)去一直都被視為潮汐渦輪機(jī)廣泛商業(yè)化的重大障礙。
與現(xiàn)有潮汐渦輪機(jī)設(shè)計(jì)相比，精妙設(shè)計(jì)的O2有望顯著降低生產(chǎn)與維護(hù)成本。Orbital公司希望O2能成為實(shí)現(xiàn)潮汐能發(fā)電實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。
創(chuàng)新設(shè)計(jì)需要?jiǎng)?chuàng)新工具
Orbital公司成立于20多年以前，其工程團(tuán)隊(duì)采用了包括Ansys Mechanical在內(nèi)的先進(jìn)仿真解決方案，還有支持研發(fā)其潮汐技術(shù)的海上測(cè)試與演示程序。
在Ansys英國(guó)精英渠道合作伙伴EDRMedeso的本地支持下，Orbital工程師利用Ansys Mechanical對(duì)含轉(zhuǎn)子、錨和鏈條的整個(gè)渦輪機(jī)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)載荷與環(huán)境載荷進(jìn)行仿真，從而確保設(shè)計(jì)能順利承受包括極端天氣狀況在內(nèi)的惡劣海況。
潮汐渦輪機(jī)
Ansys Mechanical助力Orbital團(tuán)隊(duì)在系統(tǒng)和組件層研究疲勞、振動(dòng)、剛度、彎折和其他問(wèn)題，包括嚴(yán)格分析O2設(shè)計(jì)上分布的數(shù)百個(gè)單獨(dú)連接點(diǎn)。Ansys Mechanical可以與Orbital工程師采用的其他工程工具無(wú)縫集成，便于開展協(xié)作和交接設(shè)計(jì)任務(wù)。
在進(jìn)行海上測(cè)試之前，Orbital利用Ansys Mechanical在低成本、無(wú)風(fēng)險(xiǎn)的虛擬環(huán)境中，來(lái)快速建模和驗(yàn)證設(shè)計(jì)，加快O2的初始設(shè)計(jì)，從而將研發(fā)周期縮短了數(shù)年時(shí)間。
Orbital工程師繼續(xù)采用Ansys Mechanical進(jìn)行性能探索與成本優(yōu)化，比如，減輕質(zhì)量與重量、提高可制造性、使用備選材料等。其工程團(tuán)隊(duì)的許多成員，都是從學(xué)生時(shí)期的高校工程項(xiàng)目就開始使用Ansys Mechanical，而至今它仍是快速、低成本、進(jìn)行準(zhǔn)確結(jié)構(gòu)分析的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
成功落地推出
最近，Orbital在其蘇格蘭奧克尼總部附近完成了O2的安裝，那里擁有一部分世界上最強(qiáng)勁的潮汐流。
O2錨定在歐洲海洋能源中心 (EMEC)的Fall of Warness泊位，其潮汐流速度超過(guò)每秒3米，并與陸上的電網(wǎng)并網(wǎng)發(fā)電。O2不僅能產(chǎn)生足夠2,000戶家庭使用的電力，每年還能抵消由化石燃料產(chǎn)生的約2,000噸的二氧化碳。為了增強(qiáng)其對(duì)環(huán)境的積極影響，O2項(xiàng)目很快還將為歐洲海洋能源中心的陸上電解槽提供電力，該電解槽可生產(chǎn)綠色氫氣，可以展現(xiàn)潮汐能如何向交通和供暖領(lǐng)域提供更多的、可預(yù)測(cè)的可再生能源。
在O2贏得成功的基礎(chǔ)上，Orbital現(xiàn)將重點(diǎn)放在向全球擁有強(qiáng)勁潮汐流的地區(qū)提供多部渦輪機(jī)，建造潮汐發(fā)電廠，從而將其技術(shù)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化。隨著越來(lái)越多的O2渦輪機(jī)投入使用，該產(chǎn)品的商業(yè)化成本預(yù)計(jì)將隨著該技術(shù)在奧克尼的推出而顯著降低，讓潮汐發(fā)電成為全球各地盡快消除碳排放措施的重要選擇。
展望未來(lái)，Orbital將繼續(xù)借助EDRMedeso提供的專業(yè)技術(shù)支持，充分運(yùn)用Ansys Mechanical和其他先進(jìn)的工程工具，不斷從成本和性能兩個(gè)方面改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)。潮汐能發(fā)電的發(fā)展進(jìn)程雖然還不及風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電，而在虛擬環(huán)境中實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、測(cè)試和驗(yàn)證Orbital潮汐渦輪機(jī)性能的能力，對(duì)于縮小其差距至關(guān)重要，最終充分發(fā)揮海洋能的潛力，助力扭轉(zhuǎn)氣候變化局面。
（文章來(lái)源公眾號(hào)：Ansys）
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