Going with the Flow: Ansys Helps Wärtsilä Energy Powershift Toward a Sustainable Future
재생에너지 생산은 환경의 협력에 달려있습니다. 풍력, 태양광, 수력 발전에는 자연의 힘이 작용합니다. 하지만 태양이 빛나기를 멈추고, 바람이 불지 않고, 물의 흐름이 멈추면 어떻게 될까요? 답은 뒤에 남겨진 에너지에 있습니다. 재생 가능한 에너지원에서 생산된 모든 재생 에너지가 수확되는 순간 필요하거나 사용되는 것은 아닙니다.
그렇다면 이 잉여 에너지는 다 어디로 가는 걸까요? 태양광, 풍력 또는 수력 발전의 경우 끊임없이 변화하는 환경 역학을 고려하면 출력이 충분히 일관되지 않고 에너지 손실 위험이 있습니다. 전력망으로의 에너지 흐름을 안정적으로 유지하려면 전력 변환이 필요합니다. 통합 에너지 저장 시스템의 도움으로, 에너지 생산의 가동 중단 시간은 그렇지 않으면 사용되지 않을 에너지 수확의 피크 기간 동안 수집된 초과 출력을 저장하여 보상할 수 있습니다. Ansys 솔루션을 사용하면 100% 재생 가능 에너지 미래로의 전환을 선도하는 Wärtsilä, Energy가 완전히 통합되고 즉시 사용 가능한 스토리지 시스템인 GEMS 디지털 에너지 플랫폼으로 최적화된 GridSolv Quantum을 시뮬레이션하고 구축할 수 있습니다. 설계 수명은 20년이며 높은 에너지 효율성을 제공하여 전력 흐름을 유지하는 데 도움이 됩니다.
Wärtsilä GEMS Digital Energy Platform
Designed with Sustainable Energy Optimization in Mind
핀란드 헬싱키에 본사를 둔 Wärtsilä는 해양 및 에너지 시장을 위한 시장 선도적인 기술과 수명주기 솔루션을 개발합니다. 그들은 태양열, 풍력 발전소 및 발전소 응용 분야 전반에 걸쳐 사용하기 위한 배포의 용이성과 지속 가능한 에너지 최적화를 위해 완전히 통합된 에너지 저장 시스템을 특별히 설계했습니다. 구성품은 사전 조립되어 고객 현장으로 배송됩니다. 각 에너지 저장 장치는 배터리 셀, 냉각 및 화재 진압 시스템, 인버터 또는 전력 조절기와 같은 하드웨어와 이를 조절하는 데 필요한 소프트웨어로 구성됩니다. 초과 에너지는 리튬 이온 배터리를 사용하여 시스템 내에서 나중에 사용할 수 있도록 포착 및 저장됩니다.
에너지 저장 시스템에 관심이 있는 고객은 일반적으로 실제 운영 비용, 배터리 충전 및 방전 속도, 성능 저하 민감성을 포함한 안정성과 신뢰성에 중점을 두고 있으며, 이 모든 사항은 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하여 답변할 수 있습니다. 이러한 기대를 충족하기 위해 완전히 새로운 에너지 저장 시스템을 설계하려면 여러 시스템 구성 요소 간의 복잡한 일시적 열 전달과 함께 배터리의 열전 및 전기 화학적 동작을 시뮬레이션하고 캡처할 수 있는 복잡한 시스템 모델이 필요합니다. 모델은 과도 해석(정의된 기간 동안의 회로 응답 계산)에서 배터리 모듈 온도 변화를 정확하게 예측해야 합니다. 성공적인 시뮬레이션은 시스템 모델과 고유한 소프트웨어 환경 간의 원활한 데이터 교환에 달려 있습니다.
목표를 달성하기 위한 시스템 모델을 구축하기 위해 Wärtsilä는 시뮬레이션을 사용하여 다음과 같은 다양한 목표를 달성하기 시작했습니다.
- 전기회로모델(ECM)을 기반으로 배터리 셀 모델을 구축하기 위해 배터리 성능 데이터를 살펴봅니다.
- 배터리 및 냉각수 온도에 따라 전력 소비 및 냉각 용량을 결정하는 냉각기 모델을 만듭니다.
- 냉각판의 전산유체역학(CFD) 모델에서 차수 감소 모델(ROM)을 생성 및 검증하여 시스템 정확도와 계산 속도를 조정합니다.
- ECM과 ROM을 배터리 모듈에 결합하여 다양한 요소의 함수로 충전 상태를 이해하고 배터리 충전 및 방전 속도를 제어합니다.
- 모델 구성요소를 결합하여 테스트 및 검증을 위한 정확한 배터리 저장 시스템 모델을 생성합니다.
Wärtsilä의 제품 개발 엔지니어인 Dewei Guan은 "엔지니어로서 고객 신뢰도를 높이기 위해 시스템 마진이 어느 정도인지 항상 의문을 제기합니다."라고 말합니다. “수작업 계산이나 간단한 모델로는 해결할 수 없는 이러한 모든 질문을 시스템 모델과 함께 결합해야 합니다. 우리는 이러한 질문에 답하고 고객의 매우 구체적인 문제를 해결하기 위해 다중물리 시뮬레이션 소프트웨어를 사용해야 합니다.”
Wärtsilä의 GridSolv Quantum은 완벽하게 통합된 모듈식 확장형 에너지 저장 솔루션입니다.
Taking Charge of System Performance with Simulation
시뮬레이션을 통해 팀은 배터리 수명 동안 전체 시스템 성능을 테스트하고 검증할 수 있는 정확하고 안정적인 스토리지 시스템 모델을 제공할 수 있습니다. Ansys 솔루션은 Wärtsilä가 향후 5년 동안 무슨 일이 일어날지 쉽게 예측하는 데 도움이 됩니다. 시뮬레이션 소프트웨어는 모든 관점에서 시스템 개발 및 검증을 처리하는 직관적이고 사용자 친화적인 도구를 제공합니다. Wärtsilä는 시스템 수준에서 작업하든 특정 전기 응답을 포착하든 스토리지 시스템 검증의 모든 단계에서 Ansys의 포괄적인 솔버 세트를 사용했습니다.
또한 Ansys Twin Builder의 ROM 기술은 CFD 모델의 충실도가 높은 표현을 통해 전체 시뮬레이션 시간을 1일에서 10분으로 대폭 단축하여 제품 개발 시간을 단축했습니다.
Guan은 "Ansys는 기본적으로 모든 엔지니어링 관점에 맞는 도구를 갖추고 있기 때문에 모든 작업을 Ansys 내부에서 수행합니다."라고 말합니다. “예를 들어 Ansys SpaceClaim은 기본 모델을 생성하는 매우 사용자 친화적이고 직관적인 방법입니다. 그런 다음 Ansys Fluent 결과의 CFD 모델을 Twin Builder로 전송하여 모델의 열 성능을 이해할 수 있습니다. 이 워크플로를 따르면 시스템 수준 응답을 빠르고 쉽게 시뮬레이션할 수 있습니다.”
Spinning at the Same Frequency
전력 흐름의 중단 외에도 주파수 조절 사용 사례가 있습니다. 즉, 시스템 주파수가 너무 높거나 낮아지는 경우는 Wärtsilä의 에너지 저장 시스템으로 해결할 수 있습니다. 발전소가 작동하려면 전체 시스템 안정성을 유지하기 위해 모든 발전기가 동일한 주파수로 회전해야 합니다. 그러나 시설에서 수요 변화에 맞춰 신속하게 시스템 응답을 제공하는 것이 어려운 경우가 많습니다. 공급이 수요보다 크면 주파수는 60Hz 이상으로 상승합니다. 더 낮으면 60Hz 아래로 떨어집니다.
발전소에서 지속적으로 100메가와트의 에너지를 생산하지만 수요가 120메가와트인 경우도 있다고 가정해 보겠습니다. 수요가 높아지면 발전소의 회전자가 필요한 만큼 빠르게 회전할 수 없기 때문에 주파수가 떨어지게 되어 불안정한 상태가 됩니다. Wärtsilä의 저장 시스템은 발전소의 생산량과 수요 증가 사이의 차이를 균형있게 유지하기 위해 이 거래의 중간에 있습니다. 에너지 저장 시스템은 배터리를 통해 추가 전력을 흡수하거나, 이 경우 주파수가 일정하게 유지되도록 배터리에서 저장된 전력을 전달함으로써 발전과 수요 변화 간의 차이에 대응합니다.
이 시나리오에서 성공적인 전력 전환은 그리드에 전달되는 전력 흐름에서 중개자 역할을 하는 Wärtsilä의 스토리지 시스템 능력에 달려 있습니다. Guan은 시뮬레이션 데이터를 사용하여 셀 수준 테스트를 수행하여 배터리 셀의 성능 저하를 이해하고 데이터를 수집한 다음 이를 입력하여 모듈 또는 시스템 수준 동작을 예측하거나 스토리지 시스템 설계를 개선합니다. 예를 들어, Guan과 팀은 배관 개발 중 표면 시뮬레이션을 사용하여 각 배터리 모듈에 흐름을 고르게 분산시켜야 하는 새로운 배관 설계를 가속화할 수 있었습니다. 이 경우 Fluent는 적절한 에너지 흐름을 보장하는 데 필요한 정확한 압력 강하 및 유속 예측을 가능하게 했습니다. 궁극적으로 이 테스트에는 단 하나의 프로토타입만 필요하여 개발 시간을 6개월 단축하고 상당한 비용 절감 효과를 얻었습니다.
"Wärtsilä는 에너지 저장 시스템의 기대 수명을 정확하게 테스트하기 위해 복잡한 배터리 저장 시스템 모델링에 Ansys 소프트웨어를 사용합니다."라고 Guan은 말합니다. “Ansys 시뮬레이션 소프트웨어의 도움으로 우리는 열 관리 성능을 이해하는 데 사용할 수 있는 시스템의 정확한 표현을 계층화하고 구축할 수 있었습니다. 또한 시뮬레이션을 통해 팀은 개발 시간을 6개월 단축하고 실제 프로토타입의 수를 3개월로 줄였습니다."
Guan이 개발 중에 Ansys 시뮬레이션 소프트웨어에 의존하게 된 것은 이러한 이점 덕분에 빠르고 쉬운 시스템 모델링은 물론 정확한 시스템 수준 응답 시뮬레이션이 가능했기 때문입니다.
Complex Battery System Storage Modeling with Ansys Twin Builder and Ansys Fluent
Challenge
완전히 새로운 에너지 저장 시스템을 설계하려면 배터리의 열전 및 전기화학적 동작과 여러 시스템 구성 요소 간의 복잡하고 일시적인 열 전달을 시뮬레이션하고 포착할 수 있는 복잡한 시스템 모델을 구축해야 합니다. 모델은 과도 해석(정의된 기간 동안의 회로 응답 계산)에서 배터리 모듈 온도 변화를 정확하게 예측할 수 있어야 합니다. 성공적인 시뮬레이션은 시스템 모델과 고유한 소프트웨어 환경 간의 원활한 데이터 교환에 달려 있습니다.
Engineering Solution
- 배터리 동적 성능 데이터를 입력하여 전기 회로 모델(ECM)을 기반으로 6-파라미터 배터리 셀 모델을 계산하고 구축합니다.
- 배터리 및 냉각수 온도에 따라 소비전력 및 냉각 용량을 계산하는 냉각기 모델 구축
- 정확도와 계산 속도 간의 충돌을 해결하기 위해 냉각판의 완전히 통합된 전산유체역학(CFD) 모델에서 차수 감소 모델(ROM)을 생성하고 검증했습니다.
- ECM 및 ROM 모델을 배터리 모듈에 결합하여 충전 상태(SOC)를 전력, 냉각수 및 주변 온도의 함수로 이해하여 배터리 충전 및 방전 속도를 제어합니다.
- 모델 구성 요소를 결합하여 테스트 및 검증을 위한 정확한 배터리 저장 시스템 모델 생성
Benefits
시뮬레이션을 통해 팀은 배터리 수명 동안 전체 시스템 성능을 테스트하고 검증하는 데 사용할 수 있는 정확하고 안정적인 스토리지 시스템 모델을 제공할 수 있습니다. Ansys 솔루션을 사용하면 향후 5년 동안 무슨 일이 일어날지 쉽게 예측할 수 있습니다. 시뮬레이션 소프트웨어는 모든 관점에서 시스템 개발 및 검증을 처리하는 직관적이고 사용자 친화적인 도구를 제공합니다. 우리는 시스템 수준에서 작업하든 특정 전기 응답을 포착하든 관계없이 검증 중 모든 단계에서 이 포괄적인 솔버 세트를 사용합니다. 또한 Twin Builder의 ROM 기술을 사용하면 CFD 모델의 충실도가 높은 표현으로 시뮬레이션 시간을 하루에서 10분으로 단축하여 제품 개발 속도를 높일 수 있습니다.
Going with the Flow: Ansys Helps Wärtsilä Energy Powershift Toward a Sustainable Future
재생에너지 생산은 환경의 협력에 달려있습니다. 풍력, 태양광, 수력 발전에는 자연의 힘이 작용합니다. 하지만 태양이 빛나기를 멈추고, 바람이 불지 않고, 물의 흐름이 멈추면 어떻게 될까요? 답은 뒤에 남겨진 에너지에 있습니다. 재생 가능한 에너지원에서 생산된 모든 재생 에너지가 수확되는 순간 필요하거나 사용되는 것은 아닙니다.
그렇다면 이 잉여 에너지는 다 어디로 가는 걸까요? 태양광, 풍력 또는 수력 발전의 경우 끊임없이 변화하는 환경 역학을 고려하면 출력이 충분히 일관되지 않고 에너지 손실 위험이 있습니다. 전력망으로의 에너지 흐름을 안정적으로 유지하려면 전력 변환이 필요합니다. 통합 에너지 저장 시스템의 도움으로, 에너지 생산의 가동 중단 시간은 그렇지 않으면 사용되지 않을 에너지 수확의 피크 기간 동안 수집된 초과 출력을 저장하여 보상할 수 있습니다. Ansys 솔루션을 사용하면 100% 재생 가능 에너지 미래로의 전환을 선도하는 Wärtsilä, Energy가 완전히 통합되고 즉시 사용 가능한 스토리지 시스템인 GEMS 디지털 에너지 플랫폼으로 최적화된 GridSolv Quantum을 시뮬레이션하고 구축할 수 있습니다. 설계 수명은 20년이며 높은 에너지 효율성을 제공하여 전력 흐름을 유지하는 데 도움이 됩니다.
Wärtsilä GEMS Digital Energy Platform
Designed with Sustainable Energy Optimization in Mind
핀란드 헬싱키에 본사를 둔 Wärtsilä는 해양 및 에너지 시장을 위한 시장 선도적인 기술과 수명주기 솔루션을 개발합니다. 그들은 태양열, 풍력 발전소 및 발전소 응용 분야 전반에 걸쳐 사용하기 위한 배포의 용이성과 지속 가능한 에너지 최적화를 위해 완전히 통합된 에너지 저장 시스템을 특별히 설계했습니다. 구성품은 사전 조립되어 고객 현장으로 배송됩니다. 각 에너지 저장 장치는 배터리 셀, 냉각 및 화재 진압 시스템, 인버터 또는 전력 조절기와 같은 하드웨어와 이를 조절하는 데 필요한 소프트웨어로 구성됩니다. 초과 에너지는 리튬 이온 배터리를 사용하여 시스템 내에서 나중에 사용할 수 있도록 포착 및 저장됩니다.
에너지 저장 시스템에 관심이 있는 고객은 일반적으로 실제 운영 비용, 배터리 충전 및 방전 속도, 성능 저하 민감성을 포함한 안정성과 신뢰성에 중점을 두고 있으며, 이 모든 사항은 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하여 답변할 수 있습니다. 이러한 기대를 충족하기 위해 완전히 새로운 에너지 저장 시스템을 설계하려면 여러 시스템 구성 요소 간의 복잡한 일시적 열 전달과 함께 배터리의 열전 및 전기 화학적 동작을 시뮬레이션하고 캡처할 수 있는 복잡한 시스템 모델이 필요합니다. 모델은 과도 해석(정의된 기간 동안의 회로 응답 계산)에서 배터리 모듈 온도 변화를 정확하게 예측해야 합니다. 성공적인 시뮬레이션은 시스템 모델과 고유한 소프트웨어 환경 간의 원활한 데이터 교환에 달려 있습니다.
목표를 달성하기 위한 시스템 모델을 구축하기 위해 Wärtsilä는 시뮬레이션을 사용하여 다음과 같은 다양한 목표를 달성하기 시작했습니다.
Wärtsilä의 제품 개발 엔지니어인 Dewei Guan은 "엔지니어로서 고객 신뢰도를 높이기 위해 시스템 마진이 어느 정도인지 항상 의문을 제기합니다."라고 말합니다. “수작업 계산이나 간단한 모델로는 해결할 수 없는 이러한 모든 질문을 시스템 모델과 함께 결합해야 합니다. 우리는 이러한 질문에 답하고 고객의 매우 구체적인 문제를 해결하기 위해 다중물리 시뮬레이션 소프트웨어를 사용해야 합니다.”
Wärtsilä의 GridSolv Quantum은 완벽하게 통합된 모듈식 확장형 에너지 저장 솔루션입니다.
Taking Charge of System Performance with Simulation
시뮬레이션을 통해 팀은 배터리 수명 동안 전체 시스템 성능을 테스트하고 검증할 수 있는 정확하고 안정적인 스토리지 시스템 모델을 제공할 수 있습니다. Ansys 솔루션은 Wärtsilä가 향후 5년 동안 무슨 일이 일어날지 쉽게 예측하는 데 도움이 됩니다. 시뮬레이션 소프트웨어는 모든 관점에서 시스템 개발 및 검증을 처리하는 직관적이고 사용자 친화적인 도구를 제공합니다. Wärtsilä는 시스템 수준에서 작업하든 특정 전기 응답을 포착하든 스토리지 시스템 검증의 모든 단계에서 Ansys의 포괄적인 솔버 세트를 사용했습니다.
또한 Ansys Twin Builder의 ROM 기술은 CFD 모델의 충실도가 높은 표현을 통해 전체 시뮬레이션 시간을 1일에서 10분으로 대폭 단축하여 제품 개발 시간을 단축했습니다.
Guan은 "Ansys는 기본적으로 모든 엔지니어링 관점에 맞는 도구를 갖추고 있기 때문에 모든 작업을 Ansys 내부에서 수행합니다."라고 말합니다. “예를 들어 Ansys SpaceClaim은 기본 모델을 생성하는 매우 사용자 친화적이고 직관적인 방법입니다. 그런 다음 Ansys Fluent 결과의 CFD 모델을 Twin Builder로 전송하여 모델의 열 성능을 이해할 수 있습니다. 이 워크플로를 따르면 시스템 수준 응답을 빠르고 쉽게 시뮬레이션할 수 있습니다.”
Spinning at the Same Frequency
전력 흐름의 중단 외에도 주파수 조절 사용 사례가 있습니다. 즉, 시스템 주파수가 너무 높거나 낮아지는 경우는 Wärtsilä의 에너지 저장 시스템으로 해결할 수 있습니다. 발전소가 작동하려면 전체 시스템 안정성을 유지하기 위해 모든 발전기가 동일한 주파수로 회전해야 합니다. 그러나 시설에서 수요 변화에 맞춰 신속하게 시스템 응답을 제공하는 것이 어려운 경우가 많습니다. 공급이 수요보다 크면 주파수는 60Hz 이상으로 상승합니다. 더 낮으면 60Hz 아래로 떨어집니다.
발전소에서 지속적으로 100메가와트의 에너지를 생산하지만 수요가 120메가와트인 경우도 있다고 가정해 보겠습니다. 수요가 높아지면 발전소의 회전자가 필요한 만큼 빠르게 회전할 수 없기 때문에 주파수가 떨어지게 되어 불안정한 상태가 됩니다. Wärtsilä의 저장 시스템은 발전소의 생산량과 수요 증가 사이의 차이를 균형있게 유지하기 위해 이 거래의 중간에 있습니다. 에너지 저장 시스템은 배터리를 통해 추가 전력을 흡수하거나, 이 경우 주파수가 일정하게 유지되도록 배터리에서 저장된 전력을 전달함으로써 발전과 수요 변화 간의 차이에 대응합니다.
이 시나리오에서 성공적인 전력 전환은 그리드에 전달되는 전력 흐름에서 중개자 역할을 하는 Wärtsilä의 스토리지 시스템 능력에 달려 있습니다. Guan은 시뮬레이션 데이터를 사용하여 셀 수준 테스트를 수행하여 배터리 셀의 성능 저하를 이해하고 데이터를 수집한 다음 이를 입력하여 모듈 또는 시스템 수준 동작을 예측하거나 스토리지 시스템 설계를 개선합니다. 예를 들어, Guan과 팀은 배관 개발 중 표면 시뮬레이션을 사용하여 각 배터리 모듈에 흐름을 고르게 분산시켜야 하는 새로운 배관 설계를 가속화할 수 있었습니다. 이 경우 Fluent는 적절한 에너지 흐름을 보장하는 데 필요한 정확한 압력 강하 및 유속 예측을 가능하게 했습니다. 궁극적으로 이 테스트에는 단 하나의 프로토타입만 필요하여 개발 시간을 6개월 단축하고 상당한 비용 절감 효과를 얻었습니다.
"Wärtsilä는 에너지 저장 시스템의 기대 수명을 정확하게 테스트하기 위해 복잡한 배터리 저장 시스템 모델링에 Ansys 소프트웨어를 사용합니다."라고 Guan은 말합니다. “Ansys 시뮬레이션 소프트웨어의 도움으로 우리는 열 관리 성능을 이해하는 데 사용할 수 있는 시스템의 정확한 표현을 계층화하고 구축할 수 있었습니다. 또한 시뮬레이션을 통해 팀은 개발 시간을 6개월 단축하고 실제 프로토타입의 수를 3개월로 줄였습니다."
Guan이 개발 중에 Ansys 시뮬레이션 소프트웨어에 의존하게 된 것은 이러한 이점 덕분에 빠르고 쉬운 시스템 모델링은 물론 정확한 시스템 수준 응답 시뮬레이션이 가능했기 때문입니다.
Complex Battery System Storage Modeling with Ansys Twin Builder and Ansys Fluent
Challenge
완전히 새로운 에너지 저장 시스템을 설계하려면 배터리의 열전 및 전기화학적 동작과 여러 시스템 구성 요소 간의 복잡하고 일시적인 열 전달을 시뮬레이션하고 포착할 수 있는 복잡한 시스템 모델을 구축해야 합니다. 모델은 과도 해석(정의된 기간 동안의 회로 응답 계산)에서 배터리 모듈 온도 변화를 정확하게 예측할 수 있어야 합니다. 성공적인 시뮬레이션은 시스템 모델과 고유한 소프트웨어 환경 간의 원활한 데이터 교환에 달려 있습니다.
Engineering Solution
Benefits
시뮬레이션을 통해 팀은 배터리 수명 동안 전체 시스템 성능을 테스트하고 검증하는 데 사용할 수 있는 정확하고 안정적인 스토리지 시스템 모델을 제공할 수 있습니다. Ansys 솔루션을 사용하면 향후 5년 동안 무슨 일이 일어날지 쉽게 예측할 수 있습니다. 시뮬레이션 소프트웨어는 모든 관점에서 시스템 개발 및 검증을 처리하는 직관적이고 사용자 친화적인 도구를 제공합니다. 우리는 시스템 수준에서 작업하든 특정 전기 응답을 포착하든 관계없이 검증 중 모든 단계에서 이 포괄적인 솔버 세트를 사용합니다. 또한 Twin Builder의 ROM 기술을 사용하면 CFD 모델의 충실도가 높은 표현으로 시뮬레이션 시간을 하루에서 10분으로 단축하여 제품 개발 속도를 높일 수 있습니다.