Die Ocean Renewable Power Company (ORPC) ist führend in der Nutzung erneuerbarer Energien durch die Nutzung der Kraft frei fließender Flüsse und Gezeiten. ORPC entwickelt Lösungen zur Bereitstellung nachhaltiger Energie an abgelegenen Standorten. Wir haben kürzlich Jarlath McEntee, Senior VP und CTO von ORPC, interviewt, um zu erfahren, wie das Unternehmen Rescale zur Optimierung fortschrittlicher Simulationen und Modellierungen in seinen Ingenieurprojekten einsetzt.

Fragen und Antworten mit Jarlath McEntee, Senior VP & CTO bei ORPC

Können Sie uns die Mission von ORPC erläutern und erklären, was das Unternehmen in der Branche der erneuerbaren Energien auszeichnet?

Jarlath: Unsere Mission ist es, die weltweite Energieerzeugung durch die Nutzung erneuerbarer Energie aus Flüssen und Gezeiten zu revolutionieren. Was uns auszeichnet, ist unsere Fähigkeit, aus natürlichen Wasserläufen zuverlässig und ohne Staudämme Strom zu erzeugen. Unser bewährtes und kommerzielles RivGen®-Stromversorgungssystem ersetzt beispielsweise bereits Dieselgeneratoren durch erneuerbare Energien in abgelegenen Gebieten. Wir erweitern diese Kerntechnologie derzeit, um den vielfältigen Energiebedarf weltweit zu decken. Mit unserem modularen RivGen®-System können wir bei Netzausfällen kritische Infrastrukturen wie Krankenhäuser und Kläranlagen mit Strom versorgen, und mit unserem TidGen-System bieten wir Gezeitenkraftlösungen für netzgebundene und netzunabhängige Anwendungen. Es ist ein nachhaltiger, anpassungsfähiger Ansatz, der Strom dorthin bringt, wo er am dringendsten benötigt wird.

Wie sieht ein typischer Tag für Ingenieure bei ORPC aus, insbesondere im Hinblick auf die Simulationsarbeit?

Jarlath: Unsere Ingenieure konzentrieren sich hier vor allem auf die Entwicklung und Optimierung unserer Querstromturbinen. Wir beginnen mit einer 2D-Simulation, um neue Turbinendesigns zu konzipieren, und erweitern diese dann auf 3D, wenn das Design ausgereift ist. In 3D verwenden wir Vernetzungswerkzeuge, um detaillierte Modelle zu erstellen und die Turbinenleistung unter verschiedenen Betriebsbedingungen wie Strömungsgeschwindigkeiten und Turbulenzgraden zu bewerten. Die meisten unserer CFD-Simulationen (Computational Fluid Dynamics) führen wir auf der Rescale-Plattform mit OpenFOAM durch, wodurch wir mehrere Simulationen parallel und maßstabsgetreu durchführen können. Neben der Strömungsdynamik ist die Strukturanalyse ein weiterer wichtiger technischer Schritt, um die Haltbarkeit in rauen Umgebungen zu gewährleisten.

Welche besonderen Herausforderungen stellen sich Ihnen bei der Verwendung von Simulationen für Ihre Entwürfe?

Jarlath: Die Turbinen von ORPC sind aufgrund ihres einzigartigen Querstromdesigns schnell wechselnden und instabilen Wasserströmungen ausgesetzt. Dies unterscheidet sie von herkömmlichen Axialturbinen, bei denen die Strömung vorhersehbarer ist. Während sich die Turbine dreht, erfährt jedes Flügelblatt ständig wechselnde Anstellwinkel, wodurch komplexe, transiente Strömungsmuster entstehen, die die Simulationen rechenintensiv machen. Dies erfordert feinkörnige Zeitschritte und hochdetaillierte Netze, die zwar ressourcenintensiv, aber für die Genauigkeit entscheidend sind. Hier macht Rescale für uns den entscheidenden Unterschied, indem es skalierbare Rechenleistung für diese anspruchsvollen Simulationen bietet.

Welchen Ansatz verfolgt ORPC beim Produktdesign, insbesondere im Hinblick auf Engineering und Simulation?

Jarlath: Unsere Produktdesign-Philosophie zielt darauf ab, Robustheit und Effizienz in Einklang zu bringen. In abgelegenen Gebieten benötigen wir beispielsweise hoch belastbare Systeme, die über längere Zeiträume mit minimalem Wartungsaufwand betrieben werden können. Dies erfordert ein umfassendes Verständnis der strukturellen und betrieblichen Belastungen unserer Systeme. Simulationen spielen dabei eine große Rolle. Sie ermöglichen es uns, Designs unter virtuellen Bedingungen zu testen und zu verfeinern, die reale Herausforderungen wie turbulente Wasserströmungen und extreme Temperaturen nachahmen.

Warum haben Sie sich für Rescale für HPC bei ORPC entschieden?

Jarlath: Wir benötigten eine skalierbare und kostengünstige Lösung, die keinen umfangreichen Einrichtungsaufwand erforderte. Rescale bot eine leicht zugängliche Benutzeroberfläche, die keinen speziellen IT-Support erforderte, was für uns als kleines Team entscheidend war. Zuvor waren wir auf lokale Hardware angewiesen, die uns auf kleinere Modelle beschränkte und die Durchführung paralleler Simulationen erschwerte. Rescale bietet nicht nur die Skalierbarkeit, sondern vereinfacht auch die Auftragsübermittlung, sodass sich unsere Ingenieure stärker auf die Analyse als auf die Verwaltung der Rechenressourcen konzentrieren können.

Können Sie erklären, wie sich Rescale auf den Arbeitsablauf und die Ergebnisse von ORPC ausgewirkt hat?

Jarlath: Wir haben mehr Möglichkeiten, größere, detailliertere Simulationsmodelle zu bearbeiten. Durch virtuelle Tests haben wir nun ein klareres Verständnis der Leistungserwartungen und können Designentscheidungen auf der Grundlage vieler verschiedener Lastfälle treffen. Dies ermöglicht uns schnellere Iterationen und fundiertere Designentscheidungen. Seit wir Rescale verwenden, besteht unsere einzige Herausforderung darin, unseren Ingenieuren noch mehr Daten zur Analyse zur Verfügung zu stellen – kein Problem, denn es gibt uns mehr Sicherheit bei unseren Entscheidungen. 

Welchen Einfluss hat die Simulation auf Ihre Produktentwicklung, insbesondere auf die Effizienz Ihrer Energiesysteme?

Jarlath: Unsere neueste Turbinengeneration erreicht Wirkungsgrade von bis zu 44 % – eine deutliche Verbesserung gegenüber den 35 % unserer Vorgängermodelle. Diese Leistungssteigerung um ein Drittel geht mit einem geringeren Materialverbrauch und einem geringeren Strukturwiderstand einher, was entscheidend zur Senkung der Betriebskosten und zur Verbesserung der Zuverlässigkeit beiträgt. Solche Effizienzsteigerungen wirken sich direkt auf die Stromgestehungskosten (LCOE) aus, die für unsere Wirtschaftlichkeit von entscheidender Bedeutung sind. In abgelegenen Gemeinden, wo die Stromkosten 40 Cent pro Kilowattstunde übersteigen können, ist die Verbesserung der Effizienz ein wichtiger Schritt, um erneuerbare Energien wettbewerbsfähiger zu machen.

Können Sie ein Beispiel für ein aktuelles Simulationsprojekt nennen, das zu einer wichtigen Designentscheidung geführt hat?

Jarlath: Wir nutzen Simulationsergebnisse häufig, um Leistungskennzahlen von Turbinen zu verbessern, beispielsweise die Drehmomenterzeugung bei unterschiedlichen Durchflussraten. Kürzlich haben wir mehrere Turbinenumdrehungen simuliert, um Drehmomentprofile und andere Lasteigenschaften zu ermitteln. Diese Daten helfen uns bei der Erstellung von Leistungskarten, mit denen wir das Verhalten unserer Turbinen unter unterschiedlichen Strömungsbedingungen vorhersagen können. Diese Fähigkeit ist unerlässlich, um Zuverlässigkeit und optimale Leistung zu gewährleisten, während wir Technologien für größere Märkte entwickeln.

Können Sie uns mitteilen, welche zukünftigen Innovationen ORPC erforscht, insbesondere mit Hilfe von Rescale?

Jarlath: Wir planen, Fluid-Struktur-Interaktionen (FSI) auf Rescale zu erforschen, um das Zusammenspiel zwischen Fluidkräften und Strukturreaktionen in unseren Turbinen zu erfassen. Die Integration von KI/ML ist in Planung, um Strukturdesigns zu optimieren und noch effizienter zu gestalten. Diese Fortschritte ermöglichen es uns, unsere Designs weiter zu verfeinern und unsere Systeme kostengünstiger und für größere Märkte jenseits abgelegener Gemeinden geeignet zu machen.

Welchen Rat würden Sie abschließend Ingenieurleitern geben, die HPC-Lösungen für nachhaltige Energieprojekte in Betracht ziehen?

Jarlath: Wählen Sie eine Plattform, die Benutzerfreundlichkeit und Skalierbarkeit in Einklang bringt. Für uns war die unkomplizierte Benutzeroberfläche von Rescale entscheidend. Sie ermöglichte es Ingenieuren, sich schnell und ohne spezielle IT-Unterstützung einzuarbeiten. Stellen Sie außerdem sicher, dass Ihre Lösung den Umfang Ihrer Simulationen bewältigen kann, insbesondere in einem Bereich wie den erneuerbaren Energien, wo präzise Modellierung einen erheblichen Einfluss auf Leistung und Kosten haben kann.