Die Optimierung der Effizienz, Kosten und Lebensdauer industrieller Energiesysteme und der dazugehörigen Komponenten ist von zentraler Bedeutung für die Skalierung des Übergangs zur CO2-Neutralität.
Da die möglichen Technologieoptionen rasch umgesetzt und in den Markt gebracht werden müssen, um die globale Nachfrage zu befriedigen, stehen Ingenieurteams vor der Herausforderung, Komponenten und Systeme sowie Betriebsstrategien unter Zeitdruck zu entwickeln und zu optimieren.
Für die Bewältigung der damit verbundenen Aufgabenstellungen sind hochpräzise multiphysikalische Modelle, die elektrochemische, strömungsdynamische, mechanische und thermische Eigenschaften erfassen, sowie entsprechende Simulationswerkzeuge und -methoden für deren effiziente Anwendung unabdingbar. Nur so können Ingenieure Designvarianten einzelner Komponenten und ganzer Systeme und Anlagen in kurzer Zeit untersuchen und bewerten und so kurze Entwicklungszeiten und eine rasche Markteinführung sicherstellen.
Unsere skalierbare Simulationssoftware ermöglicht es Ingenieuren, je nach Entwicklungsstadium und erforderlicher Genauigkeit zwischen detaillierten 3D-Multiphysik- und schnellen 0D/1D-Systemsimulationen zu wählen. Diese Flexibilität gibt ihnen die Option, komplexe lokale Phänomene wie Strömungsverteilung, mechanische Kontaktkräfte, Wärmeübertragung oder elektrochemische Reaktionen in 3D zu analysieren und anschließend in reduzierte Modelle für die Systemintegration zu übertragen.
Eine konsistente Parametrisierung und gemeinsame Datenstrukturen stellen sicher, dass die auf einer Ebene gewonnenen Erkenntnisse ohne manuelle Nachbearbeitung wiederverwendet werden können.
Der Einsatz solcher Werkzeuge und Methoden beschleunigt die Konstruktionszyklen, unterstützt schnelle Iterationen und gewährleistet die Genauigkeit auf allen Ebenen der Modellierung.
Das Verständnis multiphysikalischer Wechselwirkungen, z. B. in Elektrolyseuren, Brennstoffzellen, Windkraftanlagen, Batteriespeichersystemen und chemischen Reaktoren, ist von entscheidender Bedeutung, da Elektrochemie, Wärmeübertragung, Strömungsverhalten und Materialverhalten eng miteinander gekoppelt sind. Eine Analyse dieser Wechselwirkungen zeigt, wie kleine Veränderungen in einem Bereich zu Leistungseinbußen oder beschleunigter Degradation und Beschädigung führen können.
Unsere Simulationswerkzeuge und -methoden helfen dabei, diese Wechselwirkungen zu identifizieren, sodass Ingenieure Systeme entwerfen können, die unter optimalen, stabilen Bedingungen arbeiten. Die Beherrschung dieser multiphysikalischen Zusammenhänge ist ein grundlegender Schritt auf dem Weg zu höchstmöglicher Effizienz und Lebensdauer.
Skalierbare multiphysikalische Simulationen beschleunigen das virtuelle Prototyping, indem sie Ingenieuren die Möglichkeit geben, detaillierte lokale Phänomene und das gesamte Systemverhalten bereits in einer frühen Entwicklungsphase zu analysieren. Dadurch werden iterative physikalische Tests überflüssig, was zu schnelleren Designzyklen und fundierteren Entscheidungen führt.
Die virtuelle Validierung ermöglicht es, Komponenten und ganze Systeme wie Windkraftanlagen, stationäre Batteriespeichersysteme sowie Elektrolyseur-/Brennstoffzellenstapel und deren Integration in Balance-of-Plant- und Wärmemanagement- sowie Netzsysteme unter einer Vielzahl von Betriebsbedingungen zu testen, lange bevor physische Prototypen verfügbar sind.
Durch die Integration virtueller Tests mit Hardware-in-the-Loop-Methoden können Entwickler Steuerungsstrategien und Systemreaktionen unter realistischen Bedingungen verfeinern, ohne dass echte Hardware erforderlich ist. Dadurch lässt sich die Entwicklung industrieller Energiekomponenten und -systeme wesentlich effizienter, bei gleichzeitig höherer erzielbarer Zuverlässigkeit, Leistung und Haltbarkeit, umsetzen.
Die virtuelle Systemauslegung und das Komponentendesign in der frühen Entwicklungsphase sind entscheidend, um Kosten und Risiken zu reduzieren und Innovationen zu beschleunigen.
Mit den skalierbaren multiphysikalischen Simulationswerkzeugen und -methoden von AVL können Ingenieure komplexe Prozesse effizient modellieren, die Leistung virtuell validieren und Systeme vor dem physischen Prototyping verfeinern.
- Reinhard Tatschl, Principal Research & Development Manager
AVL CRUISE™ M Multidomänen-Systemsimulationsplattform
Die Multidomänen-Systemsimulationsplattform AVL CRUISE™ M wurde entwickelt, um einen modellbasierten Ansatz für die Systementwicklung zu unterstützen. Sie integriert nahtlos hochpräzise Echtzeit-Subsystemmodelle für elektrische, thermische, Strömungs- und Steuerungsnetzwerke.
Die Systemsimulation mit CRUISE M fördert Innovationen, indem sie eine virtuelle Umgebung zum Testen neuer Ideen und Konzepte bereitstellt. Forscher und Ingenieure können mit verschiedenen Designs, Materialien und Betriebsbedingungen experimentieren, ohne den Einschränkungen physischer Prototypen zu unterliegen. Dies beschleunigt den Entwicklungszyklus und ermöglicht schnelle Iterationen und Verbesserungen, was den technologischen Fortschritt in diesem Bereich vorantreibt.
- Layout von Elektrolyseur- und Brennstoffzellensystemen für niedrige und hohe Temperaturen, Auswahl und Dimensionierung der Komponententechnologie
- Optimierung von Leistung, Kosten und Lebensdauer von Elektrolyseur- und Brennstoffzellensystemen
- Definition von Betriebsstrategien für Co-Elektrolyse, direkte Luftabscheidung, E-Kraftstoff und Ammoniaksynthese
- Layout stationärer Batteriespeichersysteme und Quantifizierung von Alterung/Degradation
AVL FIRE™ M Multiphysik-3D-CFD-Simulationsumgebung
Die Multiphysik-CFD-Simulationsplattform AVL FIRE™ M liefert detaillierte Einblicke in die internen Strömungs-, thermischen und elektrochemischen Umwandlungsprozesse von Komponenten industrieller Energiesysteme, die experimentell nur schwer oder gar nicht zu messen sind.
Die Optimierung von Anlagenkomponenten wie Elektrolyseur- und Brennstoffzellenstapeln, stationären Batteriespeichermodulen, chemischen Reaktoren, Katalysatoren, Wärmetauschern usw. hinsichtlich bester Leistung und Lebensdauer erfordert einen ganzheitlichen und multiskaligen Simulationsansatz.
In dieser Hinsicht bietet FIRE M hochauflösende, physikbasierte Simulationsfunktionen, die tiefe Einblicke in die interne Dynamik der verschiedenen Systemkomponenten geben, die in industriellen Energieanwendungen zum Einsatz kommen. Es ermöglicht eine detaillierte Visualisierung und Analyse von Strömung, Wärmeübertragung und elektrochemischen Phänomenen, die messtechnisch nur sehr schwer oder gar nicht direkt zugänglich sind.
- Optimierung der Leistung, Kosten und Lebensdauer von Niedertemperatur-Elektrolyseuren (PEM, AEM, alkalisch) und PEM-Brennstoffzellenstapeln
- Entwurf von Hochtemperatur-Festoxid-Elektrolyseuren und Brennstoffzellenstapeln sowie Optimierung der Gasmedienversorgung und des Wärmemanagements der Module
- Entwurf und Leistungsoptimierung von Balance-of-Plant-Komponenten
- Sicherheitsbewertung stationärer Batteriespeicher und Definition von Strategien zur Eindämmung der Wärmeausbreitung
AVL EXCITE™ M Mehrkörperdynamik-Simulation
AVL EXCITE™ M ist eine Mehrkörper-Dynamik-Simulationssoftware, mit der Ingenieure hochpräzise virtuelle Zwillinge von Energieumwandlungsmaschinen wie Windkraftanlagen oder Generatoren mit Verbrennungsmotor erstellen können. Die hohe Präzision wird durch Zeitbereichssimulationen erreicht, die das nichtlineare Systemverhalten genau erfassen, sowie durch die Einbeziehung detaillierter physikalischer Eigenschaften wichtiger Wechselwirkungen wie Zahnrad- und Wälzlagerkontakte, hydrodynamische Schmierung in Gleitlagern und elektromechanische Kopplung in Elektromotoren und Generatoren.
Mit den Ergebnissen von EXCITE M können Ingenieure potenzielle Probleme frühzeitig im Entwicklungsprozess identifizieren, darunter Lagerausfälle, Risiken für die Lebensdauer von Komponenten sowie Probleme mit Geräuschen oder Vibrationen.
Durch frühzeitige Erkenntnisse und eine geringere Abhängigkeit von physischen Prototypen trägt EXCITE M dazu bei, die Entwicklungsabläufe zu optimieren und sicherzustellen, dass die Produkte die Ziele in Bezug auf Lebensdauer, Geräusche und Vibrationen erfüllen, bevor die Hardware gebaut wird.
- Entwurf eines geeigneten Lagerprofils für die Ölfilm-Lager im Getriebe einer Windkraftanlage
- Bewertung der Schwingungswechselwirkung zwischen Verbrennungsmotor und Generator
- Optimierung der Mikrogeometrie von Zahnrädern in Industriegetrieben
- Ermittlung der Randbedingungen für die Spannungsbewertung in beliebigen Komponenten von Energieumwandlungsmaschinen
Wir sind Ihr globaler Partner für den Ausbau erneuerbarer Energien. Wir bieten Simulationslösungen, die von der Komponenten- bis zur Systemanalyse reichen – ganz gleich, wo Sie sich befinden. Unsere Softwarelösungen, Tools und Projekte sind tief in den Entwicklungsprozess integriert und ermöglichen es Ihnen, die Herausforderungen der Virtualisierung zu meistern.
75+
Jahre Erfahrung
in 26
Ländern weltweit
12,200
Mitarbeiter weltweit
65%
Ingenieure und Wissenschaftler
AVL White Paper – Accelerate Fuel Cell Innovation
AVL’s scalable simulation solutions help you design and optimize fuel cells and stacks and their supporting systems, and to make the best integration decisions.
AVL White Paper – Electrolyzer Simulation Performance and Lifetime
Discover how simulation enhances electrolyzer development by boosting efficiency, durability, and integration with renewable energy sources.
AVL White Paper – Industrial Energy - Virtual System Layout and Component Design
Achieving carbon neutrality across global industries requires a fundamental shift in how energy is produced, stored, and consumed. Green hydrogen, i.e. hydrogen generated through electrolysis powered by renewable energy, has emerged as a cornerstone of this transition.