隨著全球電力需求攀升，台灣與全球產業界正面臨同樣的挑戰：如何在追求「淨零排放（Net Zero）」的同時，快速部署更智慧、更清潔的能源系統？對於工程師而言，這不僅是設計問題，更是一場與時間的賽跑。我們必須在更短的開發週期內，交付出易於維護且效能長久穩定的系統。 傳統的「試錯法（Trial-and-Error）」已無法滿足當前能源轉型的速度需求。本文將探討如何透過進階模擬（Advanced Simulation）與虛擬雙生（Virtual Twins）技術，協助工程團隊在第一時間做出正確決策。 突破極限：新興能源系統的工程挑戰 能源產業正在經歷一場從「優化現有設計」到「重塑整個系統」的革命。這對研發團隊帶來了前所未有的物理挑戰： 1. 核融合與 SMR（Small Modular Reactors, 小型模組化反應爐） 核融合商業化的關鍵在於解決極端的工程難題。材料必須承受強烈的中子撞擊（Neutron Bombardment），冷卻系統則需管理劇烈的熱梯度（Thermal Gradients）。 模擬的價值 在 Abaqus 等高階求解器中，工程師能虛擬測試反應爐幾何結構的安全性與穩定性，無需依賴昂貴且危險的實體原型。 SMR 的優勢 針對第四代反應爐（Generation IV），模擬技術能協助驗證製造簡化過程中的安全性，確保符合嚴格的法規標準。 圖1. 透過模擬分析反應爐支撐結構的應力分佈，工程師可透過參數微調，在設計早期消除潛在的結構弱點。 2. 離岸風電（Offshore Wind） 台灣海峽擁有得天獨厚的風場，但也伴隨著嚴苛的海洋環境。開發商必須面對風速變異性、海浪衝擊力以及渦輪機的疲勞壽命（Fatigue）問題。 模擬的價值 透過流固耦合（FSI）等多物理場模擬，團隊可在安裝前預測系統在極端氣候下的響應，大幅降低海上維運的風險與成本。 圖2. 視覺化呈現風機運轉時的聲學（噪音）傳播，協助工程師優化葉片設計以降低環境噪音影響。 3. 混合能源系統（Hybrid Energy Systems）與氫能（Green Hydrogen） 未來的能源網將整合風能、電解製氫等多種技術。這涉及了機械、電氣、熱力及流體等多重物理域的交互作用。多物理場模擬（Multiphysics Simulation）是確保這些子系統能完美協作、保證整體效率的唯一途徑。 虛擬雙生：從「設計」到「全生命週期」的數據橋梁 單純的模擬僅是第一步，虛擬雙生（Virtual Twin） 則將能力提升到了新維度。它不僅是一個精確的 3D 模型，更結合了幾何、數據與物理特性，能反映能源資產在整個生命週期中的真實行為。 對於能源供應商與決策者，虛擬雙生能帶來三大關鍵優勢： 降低風險（Lower Risk） 在動土施工前，於虛擬環境中完成所有測試，避免高昂的重工成本。 智慧整合（Smarter Integration） 模擬再生能源、儲能系統與電網在不同負載下的互動，提升電網韌性。 加速規劃（Faster Planning） 主動預測傳輸網路在未來情境下的效能，優化長期資產配置。 業界實戰案例 面對能源轉型的急迫性，保守的漸進式設計已不足以應對挑戰。虛擬雙生技術最大的價值，在於賦予工程團隊探索大膽創新的信心（Empower Confidence）。 過去被視為過於激進或高風險的構想，現在都能在數位環境中進行低成本的試錯與驗證。這套方法論並非遙遠的未來式，全球能源領域的先驅們早已將其視為核心競爭力，並實際應用於以下挑戰性專案中： NAAREA（北美再生能源管理局）： 利用虛擬雙生技術，對其新型「微型模組化反應爐（Ｍicro-modular Reactors）」進行全方位評估，並將測試數據即時反饋回模型中，確保設計符合嚴苛的安全標準。 Envision Energy（遠景能源公司）： 不再侷限於單一零件分析，而是針對「整座風力發電機系統」進行完整建模，從系統層級微調設計，大幅提升了設備的可靠度。 LM Wind Power（風機葉片大廠）： 應用進階氣動聲學（Aeroacoustics）建模，在無需進行昂貴且耗時的現場測試情況下，成功開發出更安靜、轉換效率更高的下一代葉片。 MODSIM：打破 CAD 與 CAE 的高牆 當前的能源專案過於複雜，傳統「設計（CAD）與分析（CAE）分家」的線性流程已成為瓶頸。MODSIM（Unified CAD Ｍodeling & Simulation）提出了務實的解決方案。 在 3DEXPERIENCE 平台上，MODSIM 讓設計與模擬共享同一個數據模型（Data Model）： 無縫協作：消除了設計師與分析師之間的檔案轉檔與手動交接。 即時反饋：當幾何設計變更時，模擬網格與邊界條件會自動更新。 單一資料源：決策者可追溯每一個設計選擇背後的效能數據。 這種工作流程讓設計工程師也能在早期階段直接使用 SIMULIA 強大的求解能力（如 Abaqus），無需等待分析專家的排程，從而實現真正的敏捷開發。 圖3. 在3DEXPERIENCE 統一環境中，設計變更只需單次點擊，即可自動更新模擬模型並顯示結果，實現連續性的設計優化。 以數位力量構建永續未來 能源產業的變革瞬息萬變，透過整合雲端運算（Cloud Computing）與高效能運算（HPC），SIMULIA 協助台灣企業將模擬技術融入日常工作流中。這不僅是工具的升級，更是思維的轉變。當我們能以整體的視角、在虛擬世界中預見未來，我們就能在現實世界中，更有信心地打造出驅動永續發展的強韌系統。 欲了解更多關於 SIMULIA 在能源產業的解決方案，或諮詢 MODSIM 導入評估，歡迎 聯繫士盟科技 的技術團隊。 資料來源： SIMULIA Blog 關鍵字 : 虛擬雙生（Virtual Twin）、淨零排放、MODSIM、氣動聲學、離岸風電、CAE