Il processo di elettrificazione si riferisce alla transizione da fonti di energia tradizionali, spesso basate su combustibili fossili, a soluzioni che utilizzano l'elettricità come principale forma di energia. Questa transizione può avvenire in vari settori, inclusi i trasporti, l'industria e la produzione di energia. Nel seguito è elencata una panoramica generale di come il processo di elettrificazione si manifesta in diversi contesti.
Sostituzione dei veicoli a motore a combustione interna con veicoli elettrici che utilizzano motori elettrici alimentati da batterie o altre fonti di elettricità. Ciò riduce le emissioni di gas serra e l'inquinamento atmosferico nelle aree urbane.
Aumento dell'uso di fonti di energia rinnovabile, come energia solare, eolica, idroelettrica e geotermica, per la produzione di elettricità. Queste fonti sono sostenibili e generano meno emissioni rispetto ai combustibili fossili.
Utilizzo dell'elettricità nei processi industriali al posto del gas naturale o di altri combustibili. Questo può includere il riscaldamento elettrico, la produzione di idrogeno e altre applicazioni industriali.
Utilizzo di apparecchi elettronici e dispositivi alimentati da elettricità, riducendo la dipendenza da combustibili fossili anche a livello individuale.
Sostituzione dei veicoli a motore a combustione interna con veicoli elettrici che utilizzano motori elettrici alimentati da batterie o altre fonti di elettricità. Ciò riduce le emissioni di gas serra e l'inquinamento atmosferico nelle aree urbane.
Come emerge chiaramente da quanto descritto uno degli obiettivi principali del processo di elettrificazione è ridurre l'uso di combustibili fossili, per mitigare i cambiamenti climatici e promuovere un sistema energetico più sostenibile e a basse emissioni di carbonio. Questo processo richiede una combinazione di innovazioni tecnologiche, investimenti infrastrutturali e cambiamenti nelle abitudini e pratiche industriali per avere un impatto significativo a livello globale.
Nell’industria dei trasporti il processo di elettrificazione è molto rilevante, rivestendo un ruolo fondamentale e portando a trasformazioni significative e visibili a tutti. Questo cambiamento è guidato principalmente dalla transizione da veicoli tradizionali a motore a combustione interna a veicoli elettrici alimentati da batterie o altre fonti di energia elettrica.
La simulazione ingegneristica svolge un ruolo cruciale nel processo di elettrificazione, offrendo numerosi vantaggi e apportando valore in diverse fasi di progettazione, sviluppo ed ottimizzazione.
Il processo di elettrificazione nell’industria dei trasporti è fortemente guidato dalla simulazione, che quindi contribuisce in maniera significativa all’innovazione tecnologia, principalmente nei seguenti ambiti:
La simulazione consente agli ingegneri di modellare virtualmente veicoli elettrici, inclusi motori ed attuatori lineari. Ciò permette di ottimizzare il design, valutare le prestazioni e prevedere il comportamento e l’efficienza del motore in diversi scenari e regimi di funzionamento.
Le simulazioni termiche sono essenziali per valutare le prestazioni termiche delle batterie nei veicoli elettrici. Aiutano a prevenire il surriscaldamento, ottimizzare la gestione termica e garantire la sicurezza delle batterie.
La simulazione del powertrain consente di studiare il comportamento dinamico di motori elettrici, trasmissioni e altri componenti del sistema di propulsione. Questo è cruciale per ottimizzare l'efficienza del powertrain e migliorare le prestazioni generali del veicolo.
Simulazioni aerodinamiche permettono di ottimizzare la forma dei veicoli elettrici, riducendo la resistenza dell'aria e migliorando l'efficienza energetica. Ciò contribuisce ad aumentare l'autonomia del veicolo.
La simulazione è essenziale per testare e ottimizzare algoritmi di guida autonoma. Consente di simulare virtualmente il comportamento del veicolo in varie condizioni stradali e di traffico, contribuendo a garantire la sicurezza e l'affidabilità dei sistemi autonomi.
Simulazioni possono essere utilizzate per valutare le infrastrutture di ricarica, ottimizzare la distribuzione delle stazioni di ricarica e prevedere l'impatto sull'infrastruttura elettrica esistente.
La simulazione di crash contribuisce a valutare la sicurezza dei veicoli elettrici. Consente di prevedere e studiare gli impatti in caso di collisione, migliorando la progettazione delle strutture di sicurezza.
La simulazione può essere utilizzata per valutare l'usabilità dei veicoli elettrici e per ottimizzare l'integrazione di sistemi, inclusi display digitali, sistemi di infotainment e connettività.,
Tutti i produttori originali (OEM) stanno affrontando grandi sfide nel loro ciclo di progettazione, poiché il ciclo per un veicolo elettrico è molto più breve rispetto a prima. Per chi operi ancora su un ciclo più tradizionale, tutto deve accelerare. Per rimanere al passo, si devono affrontare nuove sfide nell’ambito della progettazione, della riconversione e della produzione, mentre si passi dalla produzione di motori a combustione interna (ICE) a veicoli elettrici (EV).
Di tutti i fattori che giocano un ruolo nell'elettrificazione, il più grande è il costo. Come si riducono i costi di produzione di un veicolo e si accelera il ciclo di sviluppo rimanendo avanti rispetto alla concorrenza? Allo stesso tempo, come si rende il prodotto più affidabile?
Gli strumenti di simulazione Ansys danno risposte a queste tematiche. Si può affermare con sicurezza che, nel settore automobilistico per esempio, ingegneri e progettisti ritengano che l'ingegneria digitale e l'innovazione digitale siano la strada da seguire. Dalle progettazione secondo specifiche alla verifica e alla validazione dell’intero sistema, Ansys aiuta gli innovatori della mobilità come BMW, Porsche Motorsport e Volkswagen a evolvere le loro strategie di elettrificazione.
Di fatto l'ingegneria digitale, attraverso la simulazione, aiuta le aziende a innovare più velocemente, in modo migliore ed a costi inferiori.
In questo nuovo contesto, i produttori originali (OEM) e i fornitori automobilistici di primo livello affrontano nuove sfide nell’ambito della progettazione di componenti e sistemi. In questo senso la valutazione e l’ottimizzazione dell’efficienza energetica è un esempio calzante. Pensiamo ad esempio ad un motore a combustione che ha un’efficienza di circa il 40%. Se un progettista volesse aumentare l’autonomia del veicolo potrebbe cercare di aumentare l’efficienza di qualche decimo ma anche, più semplicemente, incrementare la capacità del serbatoio.
Per i veicoli elettrici il discorso è diverso. Le batterie hanno infatti una densità di potenza inferiore rispetto al carburante, per cui le batterie EV immagazzinano meno energia e richiedono moduli aggiuntivi per competere con l’autonomia di un motore a combustione interna. In questo scenario è fondamentale massimizzare l’efficienza delle macchine elettriche, così come dell’intero powertrain, perché ogni bit di energia sprecata può comportare un grande svantaggio nel mercato attuale.
Per questo motivo ingegneri e progettisti stanno facendo tutto il possibile per ottimizzare prodotti e processi di progettazione. Se un certo motore elettrico ha un'efficienza massima del 98%, diventa importante trovare un modo per sviluppare qualcosa che porti quell’efficienza anche solo al 98,1%.
La simulazione riveste un ruolo crociale in questo processo di ottimizzazione perché i progettisti non potranno mai fare abbastanza prototipi o abbastanza test per aumentare , anche di poco, l’efficienza energetica dei loro componenti e sistemi.
L'elettrificazione guiderà la mobilità futura e i fornitori stanno cambiando rotta per investire pesantemente nei veicoli elettrici (EV). La gara è aperta per conquistare quote di mercato. I produttori devono completamente riprogettare i loro veicoli per soddisfare la autonomia di guida e la durata della batteria, la sicurezza e i costi, richiedendo un livello senza precedenti di innovazione in un breve periodo di tempo. Solo la simulazione consente di accelerare lo sviluppo dei veicoli elettrici e vincere sul mercato globale.
Ansys fornisce soluzioni software che permettono agli ingegneri di integrare la simulazione nel processo di progettazione per ciascuno dei cinque "pilastri" dell'elettrificazione: batterie, elettronica di potenza, motori elettrici, integrazione del powertrain elettrico ed NVH.
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Il processo di elettrificazione si riferisce alla transizione da fonti di energia tradizionali, spesso basate su combustibili fossili, a soluzioni che utilizzano l'elettricità come principale forma di energia. Questa transizione può avvenire in vari settori, inclusi i trasporti, l'industria e la produzione di energia. Nel seguito è elencata una panoramica generale di come il processo di elettrificazione si manifesta in diversi contesti