مستقبل الشبكة: التحسين الذي يحركه المحاكاة

هذا مقال برعاية قدمه لك كومسول.

يعد برنامج المحاكاة مفيدًا في تحليل التصميمات الجديدة لتحسين مرونة شبكة الطاقة ، وضمان توزيع الطاقة الفعال والموثوق ، وتطوير المكونات التي تدمج مصادر الطاقة البديلة ، مثل الانصهار النووي والمصلبات المتجددة. تمنح القدرة على محاكاة ظواهر مادية متعددة في بيئة نمذجة موحدة المهندسين فهمًا أعمق لكيفية تفاعل مكونات الشبكة المختلفة مع بعضها البعض وتؤثر عليها.

على سبيل المثال ، عند تصميم المكونات المختلفة للبنية التحتية للشبكة ، مثل المحولات وخطوط النقل ، يعد التحليل الميداني الكهرومغناطيسي متعدد الفيزياء ضروريًا لضمان سلامة الأفراد والبيئة المحيطة. إن فهم السلوك الحراري ، وهو ظاهرة أخرى تتضمن فيزياء متعددة ، ضرورية بنفس القدر لتصميم مكونات الشبكة حيث يمكن أن تؤثر تبديد الحرارة والضغوط الحرارية بشكل كبير على الأداء والعمر. وفي الوقت نفسه ، يتم استخدام محاكاة الهيكلية والصوتيات للتنبؤ وتخفيف قضايا مثل اهتزاز المحولات والضوضاء – وهي ممارسة مهمة لضمان طول طول وموثوقية مكونات الشبكة.

توفر محاكاة Multiphysics نظرة ثاقبة على التفاعلات المعقدة التي يتم تشغيلها داخل مكونات شبكة الطاقة ، مما يمكّن المهندسين من اختبار تصميمات الشبكة المستقبلية وتحسينها تقريبًا.

تعتبر تحليلات التفاصيل الكهربائية وتفريغ الهورونا حيوية بشكل خاص لخطوط النقل عالية الجهد ، حيث أن هذه الظواهر يمكن أن تعرض أداء أنظمة العزل الخاصة بهم. تتيح المحاكاة فرق التطوير للتنبؤ بمكان حدوث مثل هذه الأحداث ، مما يعزز تصميم العوازل والمكونات الأخرى حيث يكون الهدف هو تقليل فقدان الطاقة وتدهور المواد.

كمثال حقيقي ، يستخدم أحد الشركات المصنعة الرائدة برنامج محاكاة Comsol Multiphysics® البرمجيات لتطوير التوصيلات المغناطيسية ، بديل غير متناغم للناقل الميكانيكي الذي يتيح نقل الطاقة دون قيود على الاحتكاك المتأصل للاتصال المستمر. على الرغم من أن ميزة نقل الطاقة الخالية من الاحتكاك تعني أن الوصلات المغناطيسية قد وجدت تطبيقات في مجموعة واسعة من التقنيات ، بما في ذلك توربينات الرياح الخارجية ، يجب تطوير هذه الأنظمة بعناية لتجنب التحلل. من خلال استخدام منحنيات التباطؤ غير الخطية للغاية وتطبيق اعتماد درجة حرارة المواد الخاصة بها للتحميل المغناطيسي ، استخدم فريق تطوير الشركة المصنعة محاكاة متعددة الفيزياء للمساعدة في منع المغناطيس الدائم من الوصول إلى درجات الحرارة الحرجة ، والتي يمكن أن تسبب إزالة المغناطيسية غير القابلة للاغنث عن التصميمات. بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا للطبيعة المتنوعة لحالات الاستخدام للربطات المغناطيسية ، يجب أن يكون مهندسو تصميم الشركة قادرين على تبادل الأشكال ومواد المغناطيس لتلبية متطلبات العملاء دون بناء نماذج أولية مكلفة ومستهلكة للوقت ، وتوفير محاكاة متعددة الفيزياء في نهاية المطاف على توصيف على التوصيف على التوصيف.

تُظهر هذه الأمثلة عددًا قليلاً من الطرق التي يمكن أن تؤدي بها اقتران الفيزياء التفاعلية المتعددة داخل نموذج واحد إلى محاكاة ناجحة لظواهر العالم الحقيقي وبالتالي توفر نظرة ثاقبة على التصميمات الحالية والمستقبلية.

يصنع البرق الأسلاك المحمية للبرج. يتم حساب الجهد المستحث على الموصلات ثلاثية الطور باستخدام تحليل الميدان الكهرومغناطيسي.كومسول

تحسين الموثوقية مع التوائم الرقمية وتطبيقات المحاكاة

يمكن للفرق الهندسية أيضًا استخدام تقنية المحاكاة لإنشاء شبكات طاقة أكثر كفاءة وفعالية ومستدامة من خلال إنشاء توأم رقمي. يحتوي التوأم الرقمي على وصف عالي الدقة للمنتج المادي أو الجهاز أو العملية-من المجهري إلى المستوى العياني-الذي يعكس عن كثب حقيقي نظير. لكل تطبيق ، يتلقى التوأم الرقمي المعلومات باستمرار ، مما يضمن تمثيلًا دقيقًا ودقيقًا.

من خلال هذه التكنولوجيا ، يمكن لمشغلي الشبكات وموردي المعدات التنبؤ بالمكونات التي من المرجح أن تفشل ، مما يمكّنهم من جدولة الصيانة والاستبدال بشكل أكثر كفاءة وبالتالي تحسين موثوقية الشبكة. يمكن صنع التوائم الرقمية للمعدات التي تتراوح من مصادر الطاقة بما في ذلك الخلايا الشمسية وتوربينات الرياح إلى أنظمة توزيع الطاقة وتخزين طاقة البطارية.

مزرعة للرياح في الخارج حيث يصنع البرق أحد شفرات التوربينات. يظهر الحقل الكهربائي على أبراج التوربينات ومياه البحر وسعر البحر.كومسول

توفر أحدث تقنية النمذجة والمحاكاة شركات الطاقة والطاقة أدوات لإنشاء توائم رقمية في شكل تطبيقات محاكاة مستقلة ، مما يزيد بشكل كبير من عدد المستخدمين الذين لديهم إمكانية الوصول إلى تقنية المحاكاة المتقدمة. من خلال تضمين الوظائف ذات الصلة فقط في تطبيق محاكاة مستقلة ، يمكن للزملاء الذين لا يمكن للزملاء الذين ليس لديهم خبرة في النمذجة والمحاكاة الاستفادة من هذه التكنولوجيا دون الحاجة إلى إرشادات من أخصائي النمذجة. علاوة على ذلك ، فإن استخدام نماذج بديل تعتمد على البيانات في تطبيقات المحاكاة يتيح التقييم القريب من ما يمكن أن يكون محاكاة مستهلكة للوقت-مما يعني أنه يمكن الآن استخدام تكنولوجيا المحاكاة في إعداد العالم الحقيقي.

يجلب التوائم الرقمية ، في شكل تطبيقات مستقلة ، قوة المحاكاة إلى الحقل ، حيث يمكن لمشغلي الشبكات الاستفادة من معلومات الأداء في الوقت الفعلي لضمان موثوقية الشبكة.

على سبيل المثال ، قامت إحدى المنظمات التي تعمل مع شركات الطاقة المحلية لتحليل صيانة المعدات وفشلها ، ببناء تطبيق مخصص يعتمد على نموذج متعدد الفيزياء قد طورته للتنبؤ بأخطاء الكابلات وتحسين كفاءة استكشاف الأخطاء وإصلاحها. بينما يستخدم المهندسون المحاكاة في المختبرات لعقود من الزمن ، يحدث فشل الكابل في هذا المجال ، ويكون موظفو استكشاف الأخطاء وإصلاحها في الموقع مسؤولين عن تقييم شروط الفشل هذه. مع وضع ذلك في الاعتبار ، طور مهندس في المؤسسة تطبيق المحاكاة باستخدام منشئ التطبيق في Comsol Multiphysics®.

توزيع درجة الحرارة في نظام تخزين طاقة البطارية (BESS).كومسول

يتميز التطبيق بمعلمات ذات صلة والتي يمكن تعديلها بسهولة ، يمكن تعديل موظفي استكشاف الأخطاء وإصلاحها بدون تجربة محاكاة سابقة. يقوم فنيو الحقل بإدخال بيانات الكابل وحدد نوع خطأ ، الذي يعدل نموذج Multiphysics في الوقت الفعلي ، مما يسمح للتطبيق بالتقييم وإخراج البيانات اللازمة لفهم الحالة التي أدت إلى الخطأ. ينتج التطبيق بعد ذلك حقلًا محتملًا والكهربائيًا المبلغ عنه ، مما يؤدي إلى قرار مستنير بشأن ما إذا كانوا بحاجة إلى استبدال الكابل أو إصلاحه. بعد النشر الناجح للتطبيق ، صرح المهندس الذي طوره ، “يلعب تطبيق المحاكاة دورًا رئيسيًا في صيانة الكابلات. إنه يجعل عمل فنيي المجال لدينا أكثر كفاءة من خلال تمكينهم من تقييم وإصلاح الأعطال بثقة.”

لا يمكن أن تعكس الاختبارات الفيزيائية الروتينية لمعدات الشبكة الظروف أو تحديد أنواع الفشل في العديد من المواقف ، حيث يجب النظر في عدد كبير من العوامل المعقدة ، مثل بنية الكابلات والمواد ، والشوائب في الكابل ، وتقلب الجهد ، وظروف التشغيل والبيئات. ونتيجة لذلك ، أثبتت المحاكاة أنها لا غنى عنها في كثير من الحالات لجمع تقييمات دقيقة للصحة الكابلات – والآن في شكل تطبيقات مخصصة ، يمكن الوصول إليها أكثر من أي وقت مضى.

توليد الحلول النووية

تم دمج المحاكاة بشكل كبير في عملية تصميم المكونات المختلفة المتعلقة بالصناعة النووية. على سبيل المثال ، تم استخدام المحاكاة للمساعدة في تصميم قواطع دوائر المولدات (GCBs) لمحطات الطاقة النووية. يجب أن تكون GCBs موثوقة وقادرة على الحفاظ على الأداء حتى بعد فترات عدم النشاط الطويلة. Comsol multiphysics^® يمكن استخدام البرامج لتحسين القدرة الحالية لجامعة GCBs ، والتي يمكن أن توفر الحماية من الطحالب الحالية وتوفر توليد الكهرباء يمكن الاعتماد عليها.

استفاد تصميم آلات الانصهار النووية مثل Tokamaks من استخدام المحاكاة. يجب أن تكون هذه الأجهزة قادرة على تحمل تدفقات الحرارة العالية واضطرابات البلازما. Comsol multiphysics^® تم استخدامه لمساعدة المهندسين على التنبؤ بتأثيرات هذه المشكلات والتوصل إلى حلول تصميم ، مثل إضافة نظام دعم هيكلي يمكن أن يساعد في تقليل التوتر والبقاء على قيد الحياة.

هندسة شبكة الغد

يعد تطوير أنظمة شبكة الطاقة من الجيل التالي عملية معقدة وديناميكية تتطلب اختبارًا آمنًا وموثوقًا وبأسعار معقولة. يمكن أن تلعب تكنولوجيا محاكاة Multiphysics دورًا رئيسيًا في الابتكارات المستقبلية لهذه الصناعة ، مما يمكّن المهندسين من توقع وتحليل التفاعلات المعقدة التي تحدث داخل هذه الأجهزة أثناء بناء البنية التحتية الحالية لمعالجة مطالب الاستهلاك في العصر الحديث.

Comsol Multiphysics هي علامة تجارية مسجلة لـ Comsol AB.