海洋能源設備有潛力提供巨大的電力—如果它們能夠在海洋的嚴酷條件下生存。需要創新的系統設計將波浪運動轉化為電力，但海洋廣闊且複雜，在這些偏遠地區的部署成本高。

海洋和流體動力工具包(MHKiT) 由美國能源部(DOE) 國家再生能源實驗室(NREL)、西北太平洋國家實驗室(PNNL) 和桑迪亞國家實驗室(Sandia) 創建，可節省評估時間和金錢海洋再生能源 (MRE) 的突破性技術及其在各種水生條件下的性能。

研究人員和開發人員如何克服障礙並充分利用 MRE 的潛力，其中一小部分可以為大約 2,200 萬個美國家庭提供足夠的電力？

部分解決方案在於測量波浪和洋流， 也電力生產，使用真實世界和建模數據。MHKiT 提供做出明智決策所需的數據驗證和標準化分析工具，並最大限度地利用這種豐富的供應產生的潛在清潔電力。

為 MATLAB 程式設計平台建置的 MHKiT 版本的最新更新（MHKiT-MAT​​LAB），被產業工程師和大學研究人員廣泛使用，允許使用者模擬極端海況並可視化理論河流流量和湍流。

針對 Python 程式設計平台 (MHKiT-Python) 建構的 MHKiT 版本的平行更新包括對海岸資料資訊計畫 (CDIP) 和國家海洋暨大氣總署 (NOAA) 等機構通常產生的多維資料的額外支援。

MHKiT-MAT​​LAB 開發人員兼NREL 數據科學家Andrew Simms 表示：「MHKiT-MAT​​LAB 中的新功能使更多開發人員能夠標準化其測量數據，這不僅可以告訴我們每個站點發現的能量和湍流量。

“它還讓我們能夠更深入地探索現場條件，希望潮汐渦輪機能夠在未來很長一段時間內可靠運行。”

該工具包的兩個版本都提供了最大限度地發揮 MRE 系統潛力所需的程式碼。一組功能可協助研究人員模擬惡劣的海洋條件，例如異常強烈的大波浪和湧浪。其他模組可以根據聲學多普勒電流剖面儀測量來分析河流和潮汐流數據。

該軟體可協助研究人員分析新技術如何與國際電工委員會的電力性能、電力品質、機械負載和資源規格以及特定海洋場地和條件的需求相比較。

MHKiT 的可重現程式碼範例在從原始測量到標準化分析的每個階段為使用者提供指導。免費的開源軟體套件使用戶可以完全存取 MHKiT 工具，使開發人員能夠以標準化方式處理數據，同時全面了解分析的每個步驟並在此過程中提供回饋。

順應兩大程式設計平台的流程

隨著工具包的最新更新，在基於MATLAB 的環境中工作的大量研究人員、設計人員和開發人員現在可以使用MHKiT 來支援其MRE 建模和分析工作的更多領域，並為持續的工具改進做出貢獻。新的 MHKiT-MAT​​LAB (v0.5.0) 功能為極端海洋條件建模和透過 Delft3D 建模生成河流渦輪機視覺化提供支援。

MHKiT-Python (v0.8.2) 進行了更廣泛的增強和添加，改進了對重要波浪事件（包括波峰和交叉點）的識別和分析，以及單個波高的計算。

pYthoN (DOLfYN) 模組的多普勒海洋學庫增加了高度計支持，更好地處理在 CDIP 和 NOAA 標準的 Nortek 軟體上收集的數據，以及對原始數據介面 (RDI) 檔案的更強大支援。其他更新增強了維度資料 (NetCDF) 的處理和分析，同時簡化了基於 Python 的整體開發流程。

隨著協作浪潮的興起提升績效

「是的，MHKiT 是一個強大的工具，具有標準化、經過驗證的程式碼、軟體和數據，可以控制分析質量，」NREL MHKiT-MAT​​LAB 開發人員 Chris Ivanov 說。「但它的真正優勢在於協作社區的持續貢獻。全國和世界各地的合作夥伴幫助確定未來功能的領域，並使模組在探索新場景和不斷發展的系統設計中不斷進步。”

自 2020 年推出 MHKiT 以來，該工具包的下載量已超過 29,000 次，超過 30 名合作者貢獻了特性和文件來塑造其功能。最近，這個擴展團隊專注於單元測試、持續整合和程式碼審查，以保持軟體最新狀態，同時保持其有效性和可靠性。

單元測試確保工具包的每個組件都能正確運行，而持續整合則自動評估和整合變更。定期程式碼審查有助於發現和解決問題，提高整體程式碼品質。

掃描地平線以尋找下一波浪潮

MHKiT 資料和軟體工具還提供瞭如何執行許多不同分析任務的清晰而全面的範例。在未來的 Python 和 MATLAB 版本中，MHKiT 開發人員計劃擴展和改進這些範例筆記本，以及建立用於聲學監測的模組，並繼續完善整體功能和效能。

「以前，大多數 MRE 開發人員被迫建立自己的資料處理和分析工具，」Simms 說。“現在，MHKiT 讓每個人在數據分析方面都處於領先地位。如果我們能夠使分析盡可能簡單、輕鬆，那麼開發人員就可以花更多的時間來構建更好的設備。”