해양 에너지 장치는 바다의 혹독한 조건에서 살아남을 수 있다면 엄청난 양의 전력을 전달할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.파도의 움직임을 전기로 변환하려면 혁신적인 시스템 설계가 필요하지만 바다는 광활하고 복잡하며 이러한 원격 위치에 배포하는 데 비용이 많이 듭니다.

미국 에너지부(DOE)의 국립 재생 에너지 연구소(NREL), 태평양 북서부 국립 연구소(PNNL) 및 샌디아 국립 연구소(Sandia)에서 개발한 해양 및 유체 역학 도구 키트(MHKiT)는 평가에 소요되는 시간과 비용을 절약할 수 있습니다.해양 재생 에너지(MRE)의 획기적인 기술과 다양한 수생 조건에서의 성능을 소개합니다.

연구자와 개발자는 어떻게 장애물을 극복하고 MRE의 잠재력을 최대한 활용할 수 있습니까? MRE의 작은 부분만으로도 미국 내 약 2,200만 가구에 전력을 공급할 수 있는 충분한 전력을 공급할 수 있습니까?

해결책의 일부는 파동 측정과해류, 게다가전력 생산, 실제 데이터와 모델링된 데이터를 사용합니다.MHKiT는 정보에 입각한 결정을 내리고 이 풍부한 전력 공급에서 생성된 잠재적 청정 전력을 극대화하는 데 필요한 데이터 검증 및 표준화된 분석 도구를 제공합니다.

MATLAB 프로그래밍 플랫폼용으로 구축된 MHKiT 버전의 최신 업데이트(MHKiT-MATLAB)는 업계 엔지니어와 대학 연구원이 광범위하게 사용하는 솔루션을 통해 사용자는 극한의 바다 상태를 모델링하고 이론적인 강의 흐름과 난류를 시각화할 수 있습니다.

Python 프로그래밍 플랫폼(MHKiT-Python)용으로 구축된 MHKiT 버전의 병렬 업데이트에는 해안 데이터 정보 프로그램(CDIP) 및 국립 해양 대기 관리국(NOAA)과 같은 기관에서 일반적으로 생성되는 다차원 데이터에 대한 추가 지원이 포함됩니다.

MHKiT-MATLAB 개발자이자 NREL 데이터 과학자인 Andrew Simms는 "MHKiT-MATLAB의 새로운 기능은 더 많은 개발자에게 측정 데이터를 표준화할 수 있는 능력을 제공합니다. 이를 통해 각 현장에서 발견되는 에너지와 난류의 양을 알려줄 수 있을 뿐만 아니라"라고 말했습니다.

"또한 이를 통해 현장 조건을 보다 심층적으로 탐색할 수 있어 미래에도 오랫동안 안정적으로 작동할 수 있는 조력 터빈으로 이어질 수 있기를 바랍니다."

두 버전의 툴킷 모두 MRE 시스템의 잠재력을 극대화하는 데 필요한 코드를 제공합니다.한 가지 기능 세트는 연구원들이 비정상적으로 강하고 큰 파도와 너울과 같은 심각한 해양 조건을 모델링하는 데 도움이 됩니다.다른 모듈을 사용하면 음향 도플러 전류 프로파일러 측정을 기반으로 하천 및 조수 흐름 데이터를 분석할 수 있습니다.

이 소프트웨어는 연구원들이 국제전기기술위원회(International Electrotechnical Commission)의 전력 성능, 전력 품질, 기계적 부하 및 자원 사양뿐만 아니라 특정 해양 현장 및 조건의 요구 사항과 비교하여 새로운 기술이 어떻게 적용되는지 분석하는 데 도움이 됩니다.

MHKiT의 재현 가능한 코드 예제는 원시 측정부터 표준화된 분석까지 모든 단계에서 사용자를 안내합니다.무료 오픈 소스 소프트웨어 제품군은 사용자에게 MHKiT 도구에 대한 전체 액세스 권한을 제공하므로 개발자는 표준화된 방식으로 데이터를 처리하는 동시에 분석의 각 단계를 포괄적으로 이해하고 피드백을 제공할 수 있습니다.

두 가지 주요 프로그래밍 플랫폼의 흐름을 따라가다

최근 툴킷 업데이트를 통해 MATLAB 기반 환경에서 작업하는 수많은 연구원, 설계자 및 개발자는 이제 MHKiT를 사용하여 MRE 모델링 및 분석 작업의 더 많은 영역을 지원하고 지속적인 도구 개선에 기여할 수 있습니다.새로운 MHKiT-MATLAB(v0.5.0) 기능은 극한의 해양 조건을 모델링하고 Delft3D 모델링을 통해 강 터빈 시각화를 생성하기 위한 지원을 제공합니다.

MHKiT-Python(v0.8.2)에 대한 보다 광범위한 개선 및 추가 기능을 통해 마루 및 교차점을 포함한 중요한 파도 이벤트에 대한 향상된 식별 및 분석은 물론 개별 파도 높이 계산도 제공됩니다.

Python용 도플러 해양학 라이브러리(DOLfYN) 모듈은 고도계 지원, CDIP 및 NOAA의 표준인 Nortek 소프트웨어에서 수집된 데이터의 향상된 처리, 원시 데이터 인터페이스(RDI) 파일에 대한 보다 강력한 지원을 추가합니다.다른 업데이트는 전체 Python 기반 개발 프로세스를 간소화하는 동시에 차원 데이터(NetCDF)의 처리 및 분석을 강화합니다.

협업의 물결로 성능 향상

NREL MHKiT-MATLAB 개발자 Chris Ivanov는 "예, MHKiT는 분석 품질을 제어할 수 있는 표준화되고 검증된 코드, 소프트웨어 및 데이터를 갖춘 강력한 도구입니다."라고 말했습니다."그러나 진정한 강점은 협업 커뮤니티의 지속적인 기여에 있습니다. 전국 및 전 세계의 파트너는 미래 기능 영역을 식별하고 모듈을 통해 새로운 시나리오와 끊임없이 진화하는 시스템 설계를 탐구하는 데 도움을 줍니다."

2020년 MHKiT가 출시된 이후 이 툴킷은 29,000회 이상 다운로드되었으며 30명 이상의 공동 작업자가 기능을 형성하기 위한 기능과 문서를 제공했습니다.최근 이 확장된 팀은 소프트웨어의 효율성과 안정성을 유지하면서 소프트웨어를 최신 상태로 유지하기 위해 단위 테스트, 지속적인 통합 및 코드 검토에 중점을 두었습니다.

단위 테스트는 툴킷의 각 구성 요소가 올바르게 작동하는지 확인하는 동시에 지속적인 통합은 변경 사항을 자동으로 평가하고 통합합니다.정기적인 코드 검토는 문제를 식별하고 해결하여 전반적인 코드 품질을 향상시키는 데 도움이 됩니다.

다음 파도를 찾기 위해 지평선을 탐색 중

MHKiT 데이터 및 소프트웨어 도구는 다양한 분석 작업을 수행하는 방법에 대한 명확하고 포괄적인 예제로 보완됩니다.향후 Python 및 MATLAB 버전에서 MHKiT 개발자는 이러한 예제 노트북을 확장 및 개선할 뿐만 아니라 음향 모니터링을 위한 모듈을 구축하고 전반적인 기능과 성능을 지속적으로 개선할 계획입니다.

Simms는 "이전에는 대부분의 MRE 개발자가 데이터 처리 및 분석을 위한 자체 도구를 구축해야 했습니다."라고 말했습니다."이제 MHKiT는 모든 사람에게 데이터 분석에 대한 유리한 시작을 제공합니다. 분석을 가능한 한 쉽고 쉽게 만들 수 있다면 개발자는 더 나은 장치를 구축하는 데 더 많은 시간을 할애할 수 있습니다."