海洋エネルギー装置は、海洋の厳しい条件に耐えることができれば、巨大な電力を供給できる可能性があります。波の動きを電力に変換するには革新的なシステム設計が必要ですが、海は広大で複雑であり、これらの遠隔地への導入には多額の費用がかかります。

米国エネルギー省 (DOE) の国立再生可能エネルギー研究所 (NREL)、太平洋岸北西部国立研究所 (PNNL)、およびサンディア国立研究所 (サンディア) によって作成された海洋流体動力学ツールキット (MHKiT) は、評価の時間と費用を節約できます。海洋再生可能エネルギー (MRE) における画期的な技術と、幅広い水域条件下でのそのパフォーマンスについて説明します。

研究者や開発者はどのようにして障害を克服し、米国の約 2,200 万世帯に電力を供給するのに十分な電力を供給できる MRE の可能性を最大限に活用できるでしょうか?

解決策の一部は波と波の測定にあります。海流、 同様に発電、現実世界のデータとモデル化されたデータを使用します。MHKiT は、情報に基づいた意思決定を行い、この豊富な供給から生成される潜在的なクリーン パワーを最大化するために必要なデータ検証ツールと標準化された分析ツールを提供します。

MATLAB プログラミング プラットフォーム用に構築された MHKiT のバージョンの最近の更新 (MHKiT-MAT​​LAB）は、業界のエンジニアや大学の研究者によって広く使用されており、ユーザーは極端な海の状態をモデル化し、理論的な川の流れと乱流を視覚化できます。

Python プログラミング プラットフォーム (MHKiT-Python) 用に構築された MHKiT のバージョンへの並行更新には、海岸データ情報プログラム (CDIP) や米国海洋大気庁 (NOAA) などの当局によって一般的に生成される多次元データの追加サポートが含まれます。

「MHKiT-MAT​​LABの新機能により、より多くの開発者が測定データを標準化できるようになりました。これにより、各サイトで見つかったエネルギーと乱流の量を知ることができるだけでなく、」とMHKiT-MAT​​LAB開発者でNRELデータサイエンティストのアンドリュー・シムズ氏は述べています。

「これにより、現場の状況をより詳細に調査できるようになり、将来に渡って長期間にわたって確実に稼働できる潮力タービンの開発につながることが期待されます。」

ツールキットの両方のバージョンは、MRE システムの可能性を最大化するために必要なコードを提供します。1 つの機能セットは、研究者が異常に強く大きな波やうねりなどの厳しい海洋条件をモデル化するのに役立ちます。他のモジュールを使用すると、音響ドップラー電流プロファイラー測定に基づいて河川や潮流データを分析できます。

このソフトウェアは、研究者が新しい技術が国際電気標準会議の電力性能、電力品質、機械的負荷、資源仕様、および特定の海洋サイトや条件の要求とどのように比較できるかを分析するのに役立ちます。

MHKiT の再現可能なコード例は、生の測定から標準化された分析まで、あらゆる段階でユーザーをガイドします。無料のオープンソース ソフトウェア スイートにより、ユーザーは MHKiT ツールに完全にアクセスできるようになり、開発者は分析の各ステップを包括的に理解し、途中でフィードバックを提供しながら、標準化された方法でデータを処理できるようになります。

2 つの主要なプログラミング プラットフォームの流れに乗る

ツールキットの最近の更新により、MATLAB ベースの環境で作業する多くの研究者、設計者、開発者が MHKiT を使用して、MRE モデリングと解析の取り組みのより多くの領域をサポートできるようになり、進行中のツールの改良にも貢献できるようになりました。新しい MHKiT-MAT​​LAB (v0.5.0) 機能は、極端な海洋条件のモデリングと、Delft3D モデリングによる河川タービンの視覚化の生成をサポートします。

MHKiT-Python (v0.8.2) へのさらに広範な機能強化と追加により、波頭や交差などの重要な波イベントの識別と分析が向上し、個々の波高の計算が可能になります。

Doppler Oceanography Library for pYthoN (DOLfYN) モジュールには、高度計のサポート、CDIP および NOAA の標準である Nortek ソフトウェアで収集されたデータの処理の向上、生データ インターフェイス (RDI) ファイルのより堅牢なサポートが追加されています。その他の更新では、Python ベースの開発プロセス全体を合理化しながら、次元データ (NetCDF) の処理と分析を強化します。

コラボレーションの潮流の高まりでパフォーマンスを向上

「はい、MHKiT は、解析品質の制御を可能にする標準化され検証されたコード、ソフトウェア、データを備えた強力なツールです」と NREL MHKiT-MAT​​LAB 開発者の Chris Ivanov 氏は述べています。「しかし、その本当の強みは、協力的なコミュニティによる継続的な貢献にあります。国中および世界中のパートナーが、将来の機能の領域を特定し、新しいシナリオの探索と進化し続けるシステム設計のペースでモジュールを実行するのを支援します。」

2020 年の MHKiT のリリース以来、このツールキットは 29,000 回以上ダウンロードされ、30 人以上の協力者がその機能を形作るための機能やドキュメントに貢献しました。最近、この拡張チームは、ソフトウェアの有効性と信頼性を維持しながらソフトウェアを最新の状態に保つために、単体テスト、継続的統合、コード レビューに重点を置いています。

単体テストでは、ツールキットの各コンポーネントが正しく機能することを確認し、継続的インテグレーションでは変更を自動的に評価して統合します。定期的なコードレビューは問題の特定と解決に役立ち、コード全体の品質が向上します。

次の波を求めて地平線をスキャンする

MHKiT データとソフトウェア ツールには、さまざまな分析タスクを実行する方法を示す明確かつ包括的な例が追加されています。将来の Python および MATLAB バージョンでは、MHKiT 開発者はこれらのサンプル ノートブックを拡張および改善するとともに、音響モニタリング用のモジュールを構築し、全体的な機能とパフォーマンスの改良を続けることを計画しています。

「以前は、ほとんどの MRE 開発者は、データ処理と分析のための独自のツールを構築する必要がありました」とシムズ氏は言います。「MHKiT により、誰もがデータ分析を有利にスタートできるようになります。分析をできるだけ簡単かつ苦痛なく行うことができれば、開発者はより良いデバイスの構築により多くの時間を費やすことができます。」