A cura di Redazione
Con un’attenzione ormai confermata e sempre crescente verso le energie rinnovabili, i sistemi di Accumulo dell’Energia (Energy Storage System – ESS) sono elementi dell’impianto essenziali per garantire fornitura di energia elettrica da varie fonti. Una delle caratteristiche principali dei sistemi di accumulo è quella di garantire stabilità di accumulo nelle diverse condizioni di utilizzo, caratteristica che è subordinata ad aspetti prevalentemente termici ma, in casi particolari, anche ad aspetti strutturali.
Nel seguito dell’articolo si esplorano gli aspetti principali della progettazione di un Sistema di Accumulo dell’Energia (Energy Storage System – ESS)
Un Sistema di Accumulo dell’Energia (Energy Storage System – ESS)
Dissipazione del Calore generato internamente dai moduli dell’ESS.
Effettuare un’analisi termica per distribuire adeguatamente il calore interno negli ESS risulta cruciale. Ciò implica la verifica dell’efficacia dei sistemi di raffreddamento, come l’esame dei casi in cui si utilizzano ventilatori per favorire il flusso d’aria. L’analisi dei risultati di una analisi termofluidodinamica (CFD) consente di progettare un flusso d’aria uniforme, garantendo una distribuzione stabile della temperatura e prevenendo un surriscaldamento locale.
Valutazione della Stabilità Strutturale in esercizio e durante Eventi Sismici.
Valutare la stabilità strutturale degli ESS è importante. Oltre ai pesi installati all’interno dell’ESS, carichi esterni (variabili) come il carico della neve e la pressione del vento devono essere presi in considerazione. Inoltre, è essenziale valutare la resistenza e la stabilità strutturale in caso di eventi sismici, attività che richiede analisi dinamiche basate su codici standard caratteristici per regione di installazione. Definire i carichi sismici e condurre un’analisi degli sforzi basata sui risultati permette di verificare se la struttura dell’ESS risulti o meno sollecitata entro il limite elastico di sforzo del relativo materiale.
Valutazione delle sollecitazioni durante il trasporto e l’installazione.
Le unità ESS sono spesso di notevoli dimensioni. Le azioni che possono nascere durate il loro trasporto, accelerazioni, decelerazioni e sobbalzi possono compromettere non solo la struttura esterna ma anche il contenuto dell’ESS ed i relativi supporti, che in caso di cedimento comprometterebbero il funzionamento dell’accumulatore. Un’altra fase critica è quella di movimentazione dell’ESS, ovvero il suo sollevamento per esempio per essere caricato sul camion o per essere posizionato nel sito di installazione.
La struttura interna di un ESS è particolarmente complessa e compatta, il suo efficientamento termico e la resistenza strutturale sono aspetti fondamentali della progettazione per evitare malfunzionamenti e cedimenti a seguito di eventi ambientali.
Per una corretta ed efficiente progettazione di un ESS non si può prescindere dalla simulazione CAE, ovvero dall’analisi termofluidodinamica e del calcolo strutturale.
midas NFX è un ottimo strumento per affrontare queste problematiche in modo integrato. Tutte le diverse tipologie di analisi necessarie per la validazione completa di un ESS vengono realizzate in midas NFX tramite un unico ambiente di lavoro ed un’unica interfaccia grafica, offrendo all’utente tutti i comandi di modellazione FEM/CFD e di analisi in un unica finestra, senza costringerlo a doversi cimentare su diverse interfacce con diverse convenzioni di lavoro.
Analisi termica, termofluidodinamica, analisi strutturale, analisi sismica, analisi di sollevamento ed eventuali analisi non-lineari possono inoltre essere definite all’interno di un unico modello CAE.
Vediamo quindi alcuni casi di analisi sviluppati con midas NFX su di un sistema di accumulo dell’energia.
midas NFX agevola l’analisi della distribuzione della temperatura dovuta al calore interno e ottimizza i sistemi di raffreddamento, come i ventilatori, per un flusso d’aria efficiente.
Percorso del flusso d’aria dal ventilatore intorno ad una batteria di accumulo.
Il ventilatore è schematizzato attraverso la specifica condizione al contorno che permetter di introdurre la curva caratteristica del ventilatore stesso.
Volumi di fluido con velocità superiori a 1 m/s
Distribuzione della temperatura nella Sezione A
Effettuare un’analisi degli sforzi basata sui carichi sismici definiti per garantire la stabilità del progetto entro il campo elastico degli sforzi.
ASME 7-05, Categoria IV, funzione spettrale di classe laterale D
Sollecitazioni sulla struttura esterna a seguito dell’evento sismico.
Deformazione dovuta agli eventi sismici
Valutare la stabilità strutturale durante il movimento del veicolo e i processi di sollevamento per il trasporto degli ESS.
Spostamento durante il sollevamento dell’ESS.
midas NFX integra analisi termica, fluidodinamica e strutturale in un unica piattaforma, ovvero un’unica interfaccia utente attraverso la quale, con la medesima strategia di lavoro, è possibile definire i diversi studi a partire da una unica geometria ed un unico modello, introducendo nelle via via diverse analisi solo gli elementi (mesh, carichi, vincoli, contatti e condizioni al contorno in genere) pertinenti.
Per tutti quei prodotti che per il loro sviluppo richiedono sia analisi strutturali che analisi termo-fluidodinamiche, midas NFX è una ottima soluzione CAE integrata che offre semplicità e praticità d’uso, un ambiente unico di sviluppo e post-processing dei modelli, efficienza di calcolo e accuratezza.
Midas NFX si distingue anche per le politiche di costo: licenze annuali o perpetue ad un costo decisamente accessibile; una configurazione di prodotto pensata per essere scalabile sulle reali esigenze del cliente partendo dai pacchetti base è possibile acquistare separatamente e in un secondo momento i moduli aggiuntivi di analisi; ed infine nessun costo nascosto: CPU, GPU e RAM in qualsiasi misura supportata non richiedono licenze ed investimenti aggiuntivi.
