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風象臺 | 風匠,讓平價時代風資源評估更加精準高效

2019-12-31 13:00:34   原文來源:中國財經觀察報

平價時代的來臨,對如何風電前期的降低投資不確定性提出更高要求。而在風電投資的眾多不穩定因素中,風資源評估尤為重要,如何在有限的行業空間中提升風險承受能力,是業內不斷挖掘的重點。

這一趨勢從CFD軟件的發展也可窺見一斑,從線性到非線性,從本地工作站到云計算,都是資源評估標準化、數字化、精確化的過程。高性能、云計算及風資源技術的成熟發展為新一代CFD軟件走向精準高效提供了良好的條件。

新疆金風科技股份有限公司(下稱“金風科技”)經過多年準備,結合CFD、GIS、WRF和數學等不同領域尖端人才的智慧,打造了適合中國風資源特征的仿真軟件——風匠。

如今,準確風場仿真、資源計算這個云端專家就能滿足:

精準:采用自主研發的致動盤仿真技術進行尾流評估,評估結果更加準確

便捷:為用戶提供云服務模式,操作更加簡便

高效:國家級超算中心進行高性能運算,計算效率高

致動盤尾流評估,評估精準

金風科技為了解決風電場范圍大,場區內地形地貌變化較大的問題,自主開發了采用笛卡爾網格技術的“風匠”系列之網格生成模塊,它使用了復雜地形風流模擬的大規模自適應網格生成技術。生成的地表網格既能夠表征實際地形又能夠捕捉到局部崎嶇地形。網格能根據地形的復雜程度進行合理地疏密分布,在地形比較平坦的地方網格尺度較大,在地形比較崎嶇的地方網格尺度較小,提高網格效率。網格可以根據地形變化進行自適應生成,也可以進行興趣區域加密和機位點加密,并對地表網格進行光順處理以保證網格單元的有效性。最后由地表網格掃略生成大氣邊界層網格。

風匠網格模塊具有以下特點:

第一,快速的網格劃分速度

風匠網格模塊具備高效的大規模自適應網格生成技術。用戶只需要輸入簡單的參數便可在短時間內根據導入的地形圖自動生成相應的計算區域網格。根據實際項目的測試,風匠網格生成及計算所需時間比常用的商業軟件降低了28%~66%。

第二,高效的網格控制技術

風匠網格模塊可根據用戶輸入參數調節網格數量,對需要加密的區域進行局部加密,這樣既可以保證網格質量又可以有效地控制整個計算區域的網格數量,減少計算所需時間。

第三,更好的特殊地形適應性

針對一些特殊地形,如陡峭山坡和下圖中的半削平,風匠能夠很好的捕捉到半削平地形特征,再現復雜地形的大氣邊界層內的流動,更加直觀地描述氣流流經半削平山頭后的流場變化情況。

↑(a)地形高程數據(b)3D建模模型(c)CFD模擬解域內的網格(d)CFD模擬結果

云服務模式,操作便捷

風匠采用SaaS服務的模式為用戶提供,顛覆了傳統工程軟件的服務模式。工程師只需要一個瀏覽器就能完成全部工作流程。分布在全球各地的工程師,只要連接互聯網,打開瀏覽器,就能進行風能資源評估工作,企業無需投入硬件。

除了云端服務模式外,風匠主要功能包含地圖處理,風數據處理,定向計算,方案計算,三維可視化等。

風匠的地圖處理功能,可以輔助用戶處理DXF格式的地圖,利用圖像識別算法,對地形圖進行自動糾偏,拼接,裁剪,并生成通用的Wasp map格式。同時風匠的地圖處理模塊,還可以提供全國30m的srtm數據,用戶在界面上鼠標圈注即可完成map數據的生成。

↑風匠-地圖處理模塊

風匠的風數據處理功能可以輔助用戶進行風數據的標記,篩選。為了提升數據處理的標準化程度,金風科技首次將內部使用的風數據自動處理算法對外開放,嵌入在風匠系統中。用戶上傳原始的測風數據,可調用自動處理算法,進行風數據的全自動清洗,將風數據處理的時間從小時級縮短到分鐘級。

↑風匠-數據處理模塊

風匠的定向計算和方案計算,除了提供常規的計算作業功能外,還實現了等高線數據的實時渲染與在線坐標拾取功能。用戶再也不用在其他GIS軟件中排布機位,然后導入風資源評估軟件,進行方案電量的計算。使用風匠系統,可以通過在線交互實現坐標的輸入。

↑風匠-在線坐標拾取

風匠的三維可視化功能可以將工程師的方案進行更加立體的實景呈現。未來,工程師為客戶交付的風機排布成果,將不僅僅是一份高含金量的報告,而是一個可訪問的鏈接??蛻舸蜷_鏈接,就能看到工程師的設計成果,看到自己項目的各個細節,實現沉浸式交付體驗。

↑風匠-三維展示

隨著風電行業對環境影響逐漸重視,風電項目在前期設計時,對噪聲的影響愈來愈重視。風匠在系統內,內置了噪聲影響范圍的分析計算。用戶在全局設置中對相應的機型進行最大噪聲的設定,系統在生成方案時,會自動計算噪聲的影響范圍,并生成圖譜,用戶可以在三維可視化中看到噪聲的具體影響范圍。

↑風匠-噪聲影響范圍顯示

國家超算,計算高效

風匠流體仿真模擬平臺的另一個特點是使用了超算。超算的應用突破了硬件限制,打破了公司算力的瓶頸。靈活的并行計算節點數量也為用戶在成本和時間之間帶了更多的選擇。

國家級超算擁有大量的算力。而高精度的仿真,必然需要超乎尋常的計算能力。風匠打通了超算與風資源評估的鏈路,風匠的用戶在系統上設定參數后,系統會自動利用國家級超算的超強算力進行HPC計算,系統會根據項目的計算規模大小,調用相應規模的超級算力,并行規模最大可達100個節點。這種超強計算是按“需”付費的,意味著企業只需要為自己的實際計算支出付出計算資源費用即可。

↑天河超算中心

風匠在技術上有自適應網格、致動盤等創新,在資源上消耗更少更靈活,最重要的是它開放、透明、方便自主迭代升級。從用戶的角度來說,它學習曲線平滑、可以跨平臺使用、不受硬件條件限制。系統在風能展發布以后,有40多個企業進行試用,很多行業內的專家給予了風匠非常好的肯定,同時也提出了更多的功能需求,例如MCP功能,中尺度數據功能等等。未來,風匠將逐漸通過系統的更新,為風電行業提供更多,更實用的功能,助力風電行業平穩過渡到平價時代。

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