S e-infrastrukturom do vjetroturbine bez lopatica
03.01.2019
Energetski usmjereni centar izvrsnosti za računala aplikacije EoCoE je jedan od osam novih centara izvrsnosti za računalne aplikacije, koje je Europska komisija predložila za sufinanciranje u posljednjem javnom natječaju e-Infrastruktura. Osnovani centri će označiti vodeći položaj Europe u visoko učinkovitom računarstvu (HPC) na područjima obnovljive energije, modeliranja materijalima i dizajna, modeliranja molekula i atoma, klimatskih promjena, biomolekulnih istraživanja i alata za poboljšanje učinkovitosti aplikacija HPC te globalnog sustava znanosti. Rezultati su trenutni.
EoCoE je već predstavio svoj kod ALYA, koji tehnološkoj start-up tvrtki Vortex Bladeless pomaže oblikovati novi razred vejtro-turbina bez lopatica, namijenjen malim i srednjim tvrtkama (MSP). Na tom primjeru se energija iz obnovljivih izvora tako susreće i povezuje s HPC. Tim istraživača Alya u Barcelonskom centru za superračunarstvo (BSC) u suradnji s društvom Vortex Bladeless razvija nove generacije vejtro-turbina. Vortex Bladeless namjerava iskoristiti snagu vibracija induciranih vjetrom (eng. Vortex Induces Vibrations - VIV), koje proizlaze iz interakcije između vjetra i struktura vjetro- -turbina. Iako su VIV prirodne pojave, koje inženjeri i arhitekti nastoje izbjeći, istraživačima predstavljaju osnovu za novi način razmišljanja o energiji vjetra. Razvili su jedan stup bez ležajeva te zupčanika, koji bi sprječavali pokretne dijelove u dodiru i koji samo oscilira s vjetrom. Jednostavnost modela bez lopatica ima više prednosti - manje poslova održavanja, niži troškovi, dulji vijek trajanja, djeluju gotovo bez buke i bez opasnosti za ptice. Suradnja između Vortex Bladeless i BSC temelji se na optimiranju i istraživanjima nadogradivosti sustava na superračunalu MareNostrum, gdje s vlastitim Alya rješenjima simuliraju interakciju fluidne strukture između turbulentnih tokova i uređaja Vortex Bladelex. Dobivanje pravilnog odvajanja turbulencija je ključno za pravilno djelovanje uređaja.
Rezultati početnih simulacija na smanjenom uređaju bili su vrlo blizu stvarnom pokusu u zračnom tunelu, što im omogućuje, da razviju ideju o brojnim uređajima i u mikro-mjerilu, kao i u stvarnom mjerilu. Ponašanje uređaja u području bližem stvarnijoj primjeni su istražili s pomoću numeričkih simulacija, koje pomažu pri oblikovanju eksperimenata u stvarnom opsegu i u smanjenju troškova. Radi kompleksnosti toka i potrebe za točnim rezultatima, izabrali su simulaciju turbulencije (eng. Large Eddy Simulation - LES op.a.). LES simulacije su računalno vrlo zahtjevne pa je stoga ključna primjena vrlo optimiranog koda, kako ne bi nepotrebno trošili skupe računalne resurse. Simulacije računalne dinamike tekućina uključuju dvije ključne operacije; matrične i desne strane te rješavanje linearnog sustava. S pomoću HPC stručnjaka iz energijski usmjerenog centra izvrsnosti (EoCoE) vrijeme za montažu se smanjilo na 38 %. Istraživači su u Alya sustav uključili ponavljajuće solvere Maphys i AGMG. Za MSP, koji su obično više ograničeni u svojim sredstvima, takve uštede su ključne za primjenu vrlo naprednih tehnika, kao što je LES. EoCoE je strukturiran oko središnjeg francusko-njemač- kog čvora, koji usklađuje sveeuropsku mrežu i objedinjuje zajedno 8 zemalja i 23 tima. Njeni partneri se intenzivno bave s HPC i energetskim područjima. Obrađena tematska područja su osnove, meteorologija za energiju, materijali za energiju, voda za energiju i fuzija za energiju. Osnovni cilj EoCoE je stvoriti novu, dugotrajnu i održivu zajednicu u računalnoj energetici. Istodobno se EoCoE obavezuje, da će u prve tri godine donijeti rezultate visokog učinka. Ukloniti će trenutačna uska grla u aplikacijskim kodovima, što će omogućiti nove sposobnosti modeliranja i znanstveni napredak u četiri korisničke zajednice; razviti će najsuvremenije matematičke i numeričke metode te alate za poticanje primjene računala Exascale. Biti će oformljene usluge za laboratorije i industriju, koje će iskoristiti to znanje i poticati ekosustav oko HE HPC za energiju. EoCoE će stvoriti nove suradnje i radne metode te će potaknuti široko uvriježene najbolje prakse.
Projekt EoCoE će voditi sa četiri cilja na visokoj razini s dugoročnom perspektivom i s jasnim prekretnicama: omogućavanje znanstvenih otkrića na području energetike s preoblikovanjem postojećih simulacijskih koda aplikacija za korisničke zajednice u četiri stupa; razvoj najsuvremenijih matematičkih, numeričkih i računalnih metoda i alata za ubrzavanje preciznih simulacija i vizualizacija budućih aplikacija s primjenom Exascale računala; prilagođavanje uslužnih djelatnosti potrebama laboratorija, industrija i MSP-a - posebice ponuda djelatnosti osposobljavanja, čiji je cilj smanjiti prazninu u znanosti između akademske zajednice i industrije na području HPC aplikacija za energetski usmjerena istraživanja; poticanje visokoškolskog obrazovanja i energijski usmjerenih znanstvenih i industrijskih zajednica.