平價(jià)時(shí)代的來(lái)臨，對(duì)如何風(fēng)電前期的降低投資不確定性提出更高要求。而在風(fēng)電投資的眾多不穩(wěn)定因素中，風(fēng)資源評(píng)估尤為重要，如何在有限的行業(yè)空間中提升風(fēng)險(xiǎn)承受能力，是業(yè)內(nèi)不斷挖掘的重點(diǎn)。

這一趨勢(shì)從CFD軟件的發(fā)展也可窺見(jiàn)一斑，從線性到非線性，從本地工作站到云計(jì)算，都是資源評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化、精確化的過(guò)程。高性能、云計(jì)算及風(fēng)資源技術(shù)的成熟發(fā)展為新一代CFD軟件走向精準(zhǔn)高效提供了良好的條件。

新疆金風(fēng)科技股份有限公司（下稱“金風(fēng)科技”）經(jīng)過(guò)多年準(zhǔn)備，結(jié)合CFD、GIS、WRF和數(shù)學(xué)等不同領(lǐng)域尖端人才的智慧，打造了適合中國(guó)風(fēng)資源特征的仿真軟件——風(fēng)匠。

如今，準(zhǔn)確風(fēng)場(chǎng)仿真、資源計(jì)算這個(gè)云端專家就能滿足：

精準(zhǔn)：采用自主研發(fā)的致動(dòng)盤仿真技術(shù)進(jìn)行尾流評(píng)估，評(píng)估結(jié)果更加準(zhǔn)確

便捷：為用戶提供云服務(wù)模式，操作更加簡(jiǎn)便

高效：國(guó)家級(jí)超算中心進(jìn)行高性能運(yùn)算，計(jì)算效率高

致動(dòng)盤尾流評(píng)估，評(píng)估精準(zhǔn)

金風(fēng)科技為了解決風(fēng)電場(chǎng)范圍大，場(chǎng)區(qū)內(nèi)地形地貌變化較大的問(wèn)題，自主開發(fā)了采用笛卡爾網(wǎng)格技術(shù)的“風(fēng)匠”系列之網(wǎng)格生成模塊，它使用了復(fù)雜地形風(fēng)流模擬的大規(guī)模自適應(yīng)網(wǎng)格生成技術(shù)。生成的地表網(wǎng)格既能夠表征實(shí)際地形又能夠捕捉到局部崎嶇地形。網(wǎng)格能根據(jù)地形的復(fù)雜程度進(jìn)行合理地疏密分布，在地形比較平坦的地方網(wǎng)格尺度較大，在地形比較崎嶇的地方網(wǎng)格尺度較小，提高網(wǎng)格效率。網(wǎng)格可以根據(jù)地形變化進(jìn)行自適應(yīng)生成，也可以進(jìn)行興趣區(qū)域加密和機(jī)位點(diǎn)加密，并對(duì)地表網(wǎng)格進(jìn)行光順處理以保證網(wǎng)格單元的有效性。最后由地表網(wǎng)格掃略生成大氣邊界層網(wǎng)格。


風(fēng)匠網(wǎng)格模塊具有以下特點(diǎn)：

第一，快速的網(wǎng)格劃分速度

風(fēng)匠網(wǎng)格模塊具備高效的大規(guī)模自適應(yīng)網(wǎng)格生成技術(shù)。用戶只需要輸入簡(jiǎn)單的參數(shù)便可在短時(shí)間內(nèi)根據(jù)導(dǎo)入的地形圖自動(dòng)生成相應(yīng)的計(jì)算區(qū)域網(wǎng)格。根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目的測(cè)試，風(fēng)匠網(wǎng)格生成及計(jì)算所需時(shí)間比常用的商業(yè)軟件降低了28%~66%。

第二，高效的網(wǎng)格控制技術(shù)

風(fēng)匠網(wǎng)格模塊可根據(jù)用戶輸入?yún)?shù)調(diào)節(jié)網(wǎng)格數(shù)量，對(duì)需要加密的區(qū)域進(jìn)行局部加密，這樣既可以保證網(wǎng)格質(zhì)量又可以有效地控制整個(gè)計(jì)算區(qū)域的網(wǎng)格數(shù)量，減少計(jì)算所需時(shí)間。

第三，更好的特殊地形適應(yīng)性

針對(duì)一些特殊地形，如陡峭山坡和下圖中的半削平，風(fēng)匠能夠很好的捕捉到半削平地形特征，再現(xiàn)復(fù)雜地形的大氣邊界層內(nèi)的流動(dòng)，更加直觀地描述氣流流經(jīng)半削平山頭后的流場(chǎng)變化情況。

↑(a)地形高程數(shù)據(jù)(b)3D建模模型(c)CFD模擬解域內(nèi)的網(wǎng)格(d)CFD模擬結(jié)果

云服務(wù)模式，操作便捷

風(fēng)匠采用SaaS服務(wù)的模式為用戶提供，顛覆了傳統(tǒng)工程軟件的服務(wù)模式。工程師只需要一個(gè)瀏覽器就能完成全部工作流程。分布在全球各地的工程師，只要連接互聯(lián)網(wǎng)，打開瀏覽器，就能進(jìn)行風(fēng)能資源評(píng)估工作，企業(yè)無(wú)需投入硬件。

除了云端服務(wù)模式外，風(fēng)匠主要功能包含地圖處理，風(fēng)數(shù)據(jù)處理，定向計(jì)算，方案計(jì)算，三維可視化等。

風(fēng)匠的地圖處理功能，可以輔助用戶處理DXF格式的地圖，利用圖像識(shí)別算法，對(duì)地形圖進(jìn)行自動(dòng)糾偏，拼接，裁剪，并生成通用的Wasp map格式。同時(shí)風(fēng)匠的地圖處理模塊，還可以提供全國(guó)30m的srtm數(shù)據(jù)，用戶在界面上鼠標(biāo)圈注即可完成map數(shù)據(jù)的生成。

↑風(fēng)匠-地圖處理模塊

風(fēng)匠的風(fēng)數(shù)據(jù)處理功能可以輔助用戶進(jìn)行風(fēng)數(shù)據(jù)的標(biāo)記，篩選。為了提升數(shù)據(jù)處理的標(biāo)準(zhǔn)化程度，金風(fēng)科技首次將內(nèi)部使用的風(fēng)數(shù)據(jù)自動(dòng)處理算法對(duì)外開放，嵌入在風(fēng)匠系統(tǒng)中。用戶上傳原始的測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)，可調(diào)用自動(dòng)處理算法，進(jìn)行風(fēng)數(shù)據(jù)的全自動(dòng)清洗，將風(fēng)數(shù)據(jù)處理的時(shí)間從小時(shí)級(jí)縮短到分鐘級(jí)。

↑風(fēng)匠-數(shù)據(jù)處理模塊

風(fēng)匠的定向計(jì)算和方案計(jì)算，除了提供常規(guī)的計(jì)算作業(yè)功能外，還實(shí)現(xiàn)了等高線數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)渲染與在線坐標(biāo)拾取功能。用戶再也不用在其他GIS軟件中排布機(jī)位，然后導(dǎo)入風(fēng)資源評(píng)估軟件，進(jìn)行方案電量的計(jì)算。使用風(fēng)匠系統(tǒng)，可以通過(guò)在線交互實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)的輸入。

↑風(fēng)匠-在線坐標(biāo)拾取

風(fēng)匠的三維可視化功能可以將工程師的方案進(jìn)行更加立體的實(shí)景呈現(xiàn)。未來(lái)，工程師為客戶交付的風(fēng)機(jī)排布成果，將不僅僅是一份高含金量的報(bào)告，而是一個(gè)可訪問(wèn)的鏈接?？蛻舸蜷_鏈接，就能看到工程師的設(shè)計(jì)成果，看到自己項(xiàng)目的各個(gè)細(xì)節(jié)，實(shí)現(xiàn)沉浸式交付體驗(yàn)。

↑風(fēng)匠-三維展示

隨著風(fēng)電行業(yè)對(duì)環(huán)境影響逐漸重視，風(fēng)電項(xiàng)目在前期設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)噪聲的影響愈來(lái)愈重視。風(fēng)匠在系統(tǒng)內(nèi)，內(nèi)置了噪聲影響范圍的分析計(jì)算。用戶在全局設(shè)置中對(duì)相應(yīng)的機(jī)型進(jìn)行最大噪聲的設(shè)定，系統(tǒng)在生成方案時(shí)，會(huì)自動(dòng)計(jì)算噪聲的影響范圍，并生成圖譜，用戶可以在三維可視化中看到噪聲的具體影響范圍。

↑風(fēng)匠-噪聲影響范圍顯示

國(guó)家超算，計(jì)算高效

風(fēng)匠流體仿真模擬平臺(tái)的另一個(gè)特點(diǎn)是使用了超算。超算的應(yīng)用突破了硬件限制，打破了公司算力的瓶頸。靈活的并行計(jì)算節(jié)點(diǎn)數(shù)量也為用戶在成本和時(shí)間之間帶了更多的選擇。

國(guó)家級(jí)超算擁有大量的算力。而高精度的仿真，必然需要超乎尋常的計(jì)算能力。風(fēng)匠打通了超算與風(fēng)資源評(píng)估的鏈路，風(fēng)匠的用戶在系統(tǒng)上設(shè)定參數(shù)后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)利用國(guó)家級(jí)超算的超強(qiáng)算力進(jìn)行HPC計(jì)算，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)項(xiàng)目的計(jì)算規(guī)模大小，調(diào)用相應(yīng)規(guī)模的超級(jí)算力，并行規(guī)模最大可達(dá)100個(gè)節(jié)點(diǎn)。這種超強(qiáng)計(jì)算是按“需”付費(fèi)的，意味著企業(yè)只需要為自己的實(shí)際計(jì)算支出付出計(jì)算資源費(fèi)用即可。

↑天河超算中心

風(fēng)匠在技術(shù)上有自適應(yīng)網(wǎng)格、致動(dòng)盤等創(chuàng)新，在資源上消耗更少更靈活，最重要的是它開放、透明、方便自主迭代升級(jí)。從用戶的角度來(lái)說(shuō)，它學(xué)習(xí)曲線平滑、可以跨平臺(tái)使用、不受硬件條件限制。系統(tǒng)在風(fēng)能展發(fā)布以后，有40多個(gè)企業(yè)進(jìn)行試用，很多行業(yè)內(nèi)的專家給予了風(fēng)匠非常好的肯定，同時(shí)也提出了更多的功能需求，例如MCP功能，中尺度數(shù)據(jù)功能等等。未來(lái)，風(fēng)匠將逐漸通過(guò)系統(tǒng)的更新，為風(fēng)電行業(yè)提供更多，更實(shí)用的功能，助力風(fēng)電行業(yè)平穩(wěn)過(guò)渡到平價(jià)時(shí)代。