スーパーコンピュータのシミュレーションによる洋上風力発電所の最適化

Oliver Peckham

洋上風力発電所には多くの利点がある。最も強い風が吹く地域の多くは沖合にあり、沖合の風力発電所は、陸上における風力発電に起因する土地利用の懸念の多くを改善する。活用が成功した場合には、2030年までに米国の電力供給の4％をオフショア風力が占める可能性があると推定する人もいる。

ただし、洋上風力発電の設計は、建設と設計の最適化の両面で大きな課題である。最近、マサチューセッツ大学と国立再生可能エネルギー研究所（NREL）の研究者チームが、スーパーコンピュータによるシミュレーションを利用して、これらの工学的課題を解決する方法を説明した論文を発表した。

研究者達は、洋上風力タービンのシミュレーションを実行して、浮体式洋上風力タービンと着床式洋上風力タービンによって生じる伴流の違いを特定した。 （これらの乱気流により、洋上タービンの出力と寿命が短くなる。）

これらの集中的なシミュレーションを実行するために、研究者はサンディエゴ・スーパーコンピュータ・センター（SDSC）のCometとテキサス・アドバンスド・コンピューティングセンター（TACC）のStampede2の2台のスーパーコンピュータを使用した。 Cometの定格は2.76ピーク・ペタフロップスである（Intel Xeon E5 CPUおよびNVIDIA K80 GPUで提供）。 Stampede2は、18.3ピーク・ペタフロップス（Intel Xeon Phi CPUで配信）と評価され、2019年6月のTop500リストで19位にランクされている。

「浮体式洋上風力発電所を設計する際に、これらの伴流効果をどのように正確に考慮することができるかを検討しました。」と筆頭著者のHannah Johlasは述べている。 「約20,000時間の計算時間で、これらの高忠実度大規模渦ミュレーションは非常に計算集約的で高負荷です。そのため、この研究はスーパーコンピュータを使用してのみ実行できるのです。」

これらのスーパーコンピュータでのシミュレーションを使用して、研究者は、浮体式水車と着床式水車の伴流が似ていることを発見したが、水車の浮きは上向きに偏向され、端でより強い乱流を持つ。

「洋上風力発電の全世界の設備容量は、2015年の8.9ギガワットから2018年の22.5ギガワットに増加しており、この研究はさらに普及しつつあります。」とJohlasは述べている。 「これで、浮体式タービンの伴流の動作について詳しく知ることができたので、これから浮体式タービンの伴流が下流のタービン発電と構造負荷にどのように影響するかを調べる予定です。」

研究について

この記事で議論された論文「浮体式風力タービン伴流の結合されたプラットフォーム運動の大規模渦シミュレーション」は、Journal of Physics：Conference SeriesのVolume 1256に掲載されました。 H.M Johlas、L.A Martinez-Tossas、D.P Schmidt、M.A Lackner、M.J. Churchfieldによって書かれている。このリンクから完全な論文にオンラインでアクセスできます。

この研究を議論する元の記事は、カリフォルニア大学サンディエゴ校によって発行され、こちらから見ることができます。