一家英國(guó)公司使用 NVIDIA GPU 對(duì)風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行詳細(xì)的模擬，為自己、為客戶以及未來(lái)的凈零排放開(kāi)辟了更廣闊的前景。

北海的 140 臺(tái)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)以及一些位于云端的 GPU 為 David Standingford 和 Jamil Appa 的夢(mèng)想插上了翅膀。

作為同在一家英國(guó)航空公司工作的同事，他們有著共同的夢(mèng)想：創(chuàng)辦公司，并將其在高性能計(jì)算方面的專業(yè)知識(shí)應(yīng)用到多個(gè)行業(yè)。

他們創(chuàng)立了 Zenotech，并將所學(xué)到的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)知識(shí)編入 zCFD 軟件 。他們還構(gòu)建了名為 EPIC 的工具，用于簡(jiǎn)化 zCFD 和其他高性能計(jì)算工作在公有云最新硬件上的運(yùn)行。

但由于缺乏大型、公開(kāi)的數(shù)據(jù)集來(lái)展示其工具用途，因此 Zenotech 很難在英國(guó)布里斯托爾以外的地方引起關(guān)注。

風(fēng)電場(chǎng)數(shù)據(jù)采集

他們面臨的問(wèn)題與風(fēng)能行業(yè)的問(wèn)題不謀而合。

由于政府對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的補(bǔ)貼減少，投資者要求對(duì)項(xiàng)目的潛在投資回報(bào)進(jìn)行更深入的分析，這是傳統(tǒng)工具無(wú)法做到的。英國(guó)政府的一個(gè)項(xiàng)目為 Zenotech 與可再生能源領(lǐng)域的咨詢公司和南蘇格蘭電力公司(SSE)牽線搭橋。SSE 是英國(guó)大型公用事業(yè)公司，該公司愿意分享全球最大的風(fēng)電場(chǎng)之一，北海風(fēng)電場(chǎng)的數(shù)據(jù)。

Zenotech 模擬了 SSE 的 Greater Gabbard 風(fēng)電場(chǎng)，這座風(fēng)電場(chǎng)是北海眾多風(fēng)電場(chǎng)中最大的一座。

Zenotech 使用 zCFD 模擬了該風(fēng)電場(chǎng) 140 臺(tái)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的能源產(chǎn)量。它考慮了幾十種風(fēng)速和風(fēng)向，包括此前未被追蹤過(guò)的關(guān)鍵現(xiàn)象，例如渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)相互之間的綜合影響。

Zenotech 董事兼聯(lián)合創(chuàng)始人 Standingford 表示：“風(fēng)電場(chǎng)周圍的這些‘尾流’和‘堵塞’效應(yīng)甚至可以影響大氣氣流。”

zCFD 還可以追蹤像是附近森林中的樹(shù)木落葉，這種地形對(duì)風(fēng)所產(chǎn)生的細(xì)微但重要的影響。

根據(jù) SSE 的驗(yàn)證，最終模擬結(jié)果與該公司的測(cè)量數(shù)據(jù)相差不到 2%，這為 zCFD 提供了非常寶貴的參考。

云端加速

此外，Zenotech 還展示了云端 GPU 如何快速、經(jīng)濟(jì)地交付結(jié)果。

例如該公司在最近的 GTC 大會(huì)上表示，zCFD 在 NVIDIA A100 Tensor Core GPU 上的運(yùn)行速度是在 CPU 上的 43 倍，而成本卻只有四分之一。NVIDIA NCCL 庫(kù)可加速 GPU 系統(tǒng)之間的通信，使獲得結(jié)果的速度再提升 15%。

Zenotech 在 NVIDIA GPU(左圖中的綠色)與 CPU(藍(lán)色)以及帶有和不帶有 NCCL 庫(kù)的 GPU 集群(右圖)上進(jìn)行了 zCFD 基準(zhǔn)測(cè)試。

Standingford 表示，根據(jù)測(cè)試結(jié)果，在 CPU 上耗時(shí) 5 小時(shí)以上的工作在 GPU 上只需不到 50 分鐘。細(xì)致分析風(fēng)的微妙影響并在一天內(nèi)完成報(bào)告，“引起了人們的關(guān)注”。

他在該項(xiàng)目的報(bào)告中總結(jié)：“現(xiàn)在整個(gè)行業(yè)都能用得起和用得上高保真模擬風(fēng)能項(xiàng)目所需的工具和算力。”

減少碳排放，緩解氣候變化

Farah Hariri 負(fù)責(zé)幫助 NVIDIA 客戶實(shí)現(xiàn)凈零排放轉(zhuǎn)型。作為該團(tuán)隊(duì)的技術(shù)負(fù)責(zé)人，她指出風(fēng)能發(fā)電是減少碳排放最大且最具成本效益的途徑。

“ zCFD 通過(guò)對(duì)尾流相互作用和堵塞效應(yīng)進(jìn)行建模，幫助風(fēng)電場(chǎng)以最小的安裝成本獲取最大的能量。”

Everose 是該項(xiàng)目中與 Zenotech 合作的咨詢公司。該公司的合伙人 Richard Whiting 表示，這種快速而詳細(xì)的分析降低了投資者的風(fēng)險(xiǎn)，使風(fēng)電場(chǎng)在經(jīng)濟(jì)效益上比傳統(tǒng)能源更具有吸引力。

展望未來(lái)，Whiting 預(yù)計(jì)，到 2030 年全球風(fēng)電場(chǎng)的規(guī)模可能超過(guò) 2100 吉瓦，相比 2020 年增長(zhǎng) 3 倍。這將給許多領(lǐng)域帶來(lái)更多的機(jī)會(huì)。

他還補(bǔ)充道：“我們預(yù)計(jì)未來(lái)的項(xiàng)目將使用更大的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)陣列，所以建模的難度也會(huì)越來(lái)越大。”

緩解氣候變化領(lǐng)域迎來(lái)更多商業(yè)機(jī)會(huì)

Zenotech 幫助許多可再生能源項(xiàng)目落地，這也讓公司業(yè)務(wù)一帆風(fēng)順。

在得到 SSE 的分析結(jié)果后，該公司已參與了至少 10 個(gè)項(xiàng)目的風(fēng)電場(chǎng)或渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)工作，這些項(xiàng)目均位于歐洲和亞洲。現(xiàn)在，Zenotech 有一半的業(yè)務(wù)拓展到英國(guó)之外。

隨著公司擴(kuò)張，Zenotech 也在重新審視其在航空領(lǐng)域的根基，推動(dòng)無(wú)人機(jī)和空中出租車等新型業(yè)務(wù)的發(fā)展。

多管齊下

卡迪夫機(jī)場(chǎng)正在支持新興公司開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，這些公司在云端 GPU 上使用 zCFD 來(lái)預(yù)測(cè)城市環(huán)境中的風(fēng)向變化，從而制定安全、高效的路線。

Standingford 表示：“這種方法使用當(dāng)前的空域管理來(lái)規(guī)劃空中出租車、機(jī)場(chǎng)自動(dòng)安檢等未來(lái)的服務(wù)，十分具有前瞻性。”

“小型飛機(jī)平臺(tái)出現(xiàn)了大量創(chuàng)新，我們正在與領(lǐng)先的平臺(tái)制造商和英國(guó)的主要站點(diǎn)開(kāi)展合作。”

這也是 Zenotech 把握風(fēng)向、順勢(shì)發(fā)展的途徑。

原文標(biāo)題：好風(fēng)憑借力：高性能計(jì)算代碼推動(dòng)可再生能源行業(yè)的發(fā)展

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審核編輯：湯梓紅