Snart kommer en ny High Performance superdatamaskin til Danmarks Tekniske Universitet (DTU).
Den skal bruke kortere tid på de matematiske beregningene som brukes til bedre å forstå vindens bevegelser rundt en vindmøllevinge, og kartlegge vindforhold i Europa.
Forskningen innen vindenergi kan dermed se fram til raskere og større datakraft.
DTU har nylig sendt ut anbudsinnbydelse på en ny superdatamaskin til en samlet pris av omkring 26 millioner norske kroner.
Den nye HPC-superdatamaskinen brukes primært av DTU Vindenergi, men også DTU Mekanik er med i finansieringen av det HPC-anlegget som skal erstatte den nåværende som ble innviet våren 2014.
Det nåværende HPC Superdatamaskin-anlegget består av 320 maskiner med 20 kjerner hver. Det gir i alt 6400 CPU kjerne-prosessorer koblet sammen i et svært raskt infiniband-nettverk.
- Langlesning: Her er historien om Hywinds trange fødsel
45 000 CPU-timer på åtte minutter
Superdatamaskinen har i løpet av de siste årene blitt brukt spesielt til utregninger som beskriver turbulensen rundt en roterende vindmøllevinge, samt også til å optimere vingene og forlenge levetiden deres. Det og mye mer vil forskerne på DTU Vindenergi sette turbo på med et nytt og optimert HPC-anlegg.
– På den ene siden har vi programmer som HAWC2, hvor singlecore-kjøringer brukes i svært stort antall for å beregne detaljerte aeroelastiske vindturbin-egenskaper. På den andre siden har vi massive parallelle oppdrag, der Computational Fluid Dynamics (CFD), primært vår EllipSys3D kode, samt meteorologiske mesoskala-beregninger gjennomføres i stor stil. Det er ikke uvanlig at vi kjører oppdrag med flere dages varighet på flere enn 1000 CPU-kjerner, primært ved bruk av EllipSys3D-koden, sier seniorforsker og Pf.D Dalibor Cavar, ved DTU Vindenergi på DTU Risø.
Han forklarer at EllipSys3D-koden, som er utviklet ved DTU, anses for å være det aller ypperste innenfor mikroskala-beregninger på vindenergiområdet. Koden brukes blant annet til optimering og forbedring av rotor-aerodynamikken.
– For eksempel kan vi i dag simulere en rotor i en turbulent vindstrøm ved bruk av en avansert turbulensmodell, Detached Eddy Simulation (DES). En enkel beregning på en gitt rotorkonstruksjon med en forholdsvis grov rotoroppløsning, kan ta ca. 45 000 CPU-timer for bare 8 minutters sanntidsberegning. Så vi er nå ‘bare’ i stand til å gjøre ca. 1200 av disse beregningene i året på vårt eksisterende HPC-anlegg – vel å merke hvis anlegget utelukkende var dedikert til dette formålet, sier Dalibor Cavar.
EllipSys3D-koden brukes også til simuleringer og optimeringer av vindparkkonstruksjoner. Og når man må simulere en vindmøllepark på omkring 100 vindmøller, krever dette datakraft i en enorm skala.
– Når vi bruker en annen beslektet turbulensmodell, Large Eddy Simulation (LES) brukes det nesten to millioner CPU-timer på en 60 minutters sanntids simulering, og det er vel og merke for bare én enkelt vindretning. Så vi kan gjennomføre mindre enn 30 av disse beregningene i året på det eksisterende systemet vårt, hvis HPC-anlegget bare ble brukt til denne typen beregninger, forteller Dalibor Cavar.
Kartlegger vindforhold i Europa
Faktisk arbeider de med forskningsprosjekter som i dag er så krevende at de ikke kan gjennomføres på det dagens HPC-anlegg.
– I New European Wind Atlas-prosjektet (NEWA), som kartlegger vindforhold i Europa, prøver vi å koble sammen meso- og mikro-modeller. Beregningskapasiteten for selve NEWA-prosjektet er i størrelsesordenen 100 Millioner CPU-timer. Det er dobbelt så mye som den årlige kapasitet til det nåværende anlegget vårt, sier Dalibor Cavar.
Men en superdatamaskin som den DTU Vindenergi bruker har en forholdsvis kort levetid, siden halvparten av kostnadene til en superdatamaskin er den løpende driften, som primært er strøm. Og HPC-leverandørene blir stadig bedre til å gi mer strømsparende datakraft.
Superdatamaskinen løser i dag i prinsippet få ligninger, blant annet Navier-Stokes, men ligningenes natur forutsetter at de løses i flere – ofte i området rundt 50-200 millioner – beregningspunkter samtidig.
Den kan også koble aerodynamiske beregninger sammen med elastiske strukturelle beregninger, noe som fører til at man kan bli bedre til å styre og kontrollere vindmøllevinger, og dermed kan forlenge levetiden deres.
Det er fremdeles uvisst hvor stor den nye superdatamaskinen blir, siden det er snakk om en såkalt skjønnhetskonkurranse, der DTU spør leverandørene hvor stor datakraft de kan levere for et samlet budsjett på ca. 20 millioner danske kroner.
