ES2925734T3 - Sistema y método de simulación numérica para flujo atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional - Google Patents

Sistema y método de simulación numérica para flujo atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional Download PDF

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Abstract

Se proporciona un sistema de simulación numérica y un método para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional. En detalle, se proporciona un sistema de simulación numérica y un método para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional capaz de realizar un análisis de fluidos de manera más rápida y eficiente y hacer fácilmente un mapa de recursos de energía eólica estableciendo un resultado de análisis de una dirección de viento dependiendo de la misma área de análisis como condición inicial (segunda condición inicial en la presente invención) de un análisis de otra dirección del viento. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema y método de simulación numérica para flujo atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional Campo técnico
La presente invención se refiere a un sistema de simulación numérica y a un método para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional y, más particularmente, a un sistema de simulación numérica ya un método para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional que pueden realizar de manera más rápida y eficiente una simulación numérica para un flujo de viento atmosférico estableciendo un resultado de análisis de una dirección del viento para la misma área de análisis como condición inicial (segunda condición inicial en la presente invención) de un análisis de otra dirección del viento.
Antecedentes de la técnica
A lo largo del mundo se ha llevado a cabo de manera continua un esfuerzo por mejorar la energía eólica y durante los últimos cinco años se ha continuado una alta tendencia de aumento de la capacidad de instalaciones de generación de energía eólica del 26,5 % en promedio.
En 2011, la capacidad de instalaciones de generación de energía eólica global alcanzó 241 GW. Sin embargo, países europeos y americanos así como Corea han aumentado continuamente el objetivo de suministro de energía eólica.
El documento de la técnica anterior J. Sumner et al.: “CFD in Wind Energy: The Virtual, Multiscale Wind Tunnel”, ENERGIES, vol. 3, n.° 5 (2010), páginas 989-1013, XP055278374, da a conocer un modelo de dinámica de fluidos computacional para predecir el rendimiento de turbinas eólicas basándose en un método de volúmenes finitos usando las ecuaciones incomprimibles de Navier-Stokes promediadas por Reynolds.
“Skillful wind field simulation over complex terrain using coupling system of atmospheric prognostic and diagnostic models”: XP055774487.
“Computational fluid dynamics modeling of atmospheric flow applied to wind energy research”: XP055774489.
Con el fin de lograr el objetivo de suministro tal como se describió anteriormente, la dificultad actual más importante es encontrar nuevos lugares en los que deban instalarse generadores de energía eólica. Por tanto, cada país ha llevado a cabo un esfuerzo por realizar un mapa de recursos de energía eólica más preciso que un mapa de recursos de energía eólica existente para buscar nuevos candidatos en los que deban instalarse generadores de energía eólica.
Como tendencia de desarrollo actual del mapa de recursos de energía eólica, se ha adoptado una simulación numérica mediante dinámica de fluidos computacional que puede reflejar con precisión un efecto del terreno con el fin de aumentar una resolución espacial del mapa de recursos de energía eólica. Sin embargo, la simulación numérica mediante dinámica de fluidos computacional tiene un problema de que se requieren una gran carga de cálculo y tiempo de cálculo.
Esta tendencia es común en diversos campos usando información de flujo de viento atmosférico, tal como ingeniería eólica de construcción, predicción de difusión de incendios forestales, difusión de contaminación aérea, evaluación de seguridad para la aviación y similares, así como el mapa de recursos de energía eólica.
Por tanto, como caso típico, se describirá la realización de un mapa de recursos de energía eólica en detalle como ejemplo.
En primer lugar, en el caso en el que se realiza una evaluación de idoneidad para la construcción de un parque de generación de energía eólica mediante medición real, se instala y se usa una torre de condición del viento que tiene una altura correspondiente a 2/3 o más de la altura de un buje de un generador de energía eólica y que incluye una pluralidad de anemómetros en una dirección de altura.
En este caso, se requiere la medición durante al menos un año o más mediante los anemómetros respectivos, se requiere corregir esto mediante una velocidad del viento a una altura del buje real y debe corregirse durante veinte años o más, lo cual es un ciclo de vida de diseño del generador de energía eólica.
Con el fin de resolver un problema de que se aumenta el tiempo requerido para esta medición y análisis y aumentar adicionalmente la fiabilidad de análisis en una zona amplia, se requiere realizar un mapa de recursos de energía eólica mediante una simulación numérica de flujo de viento atmosférico.
Un ejemplo típico de un método de modelizado de flujo de viento atmosférico para realizar el mapa de recursos de energía eólica puede incluir los dos métodos siguientes.
Un primer método, que es un método de usar un modelo de teoría lineal de un flujo de viento atmosférico de Jackon y Hunt, es apropiado para una región plana en la que casi no está presente un cambio de terreno.
Es decir, el primer método es necesariamente muy impreciso en un terreno que tiene muchas regiones montañosas (terreno en el que una inclinación y una tasa de cambio de un terreno local son grandes) tal como Corea.
Un segundo método, que es un método de usar un método de análisis de flujo de viento computacional, tiene una ventaja de que es posible una simulación numérica precisa de características de cambio de flujo de viento atmosférico por un terreno.
Es decir, variables meteorológicas tales como todas las direcciones del viento, velocidades del viento, estabilidades atmosféricas y similares, que pueden generarse de manera meteorológica, se imponen como condiciones de límite individuales para simular numéricamente un área de análisis mediante sistema de simulación numérica mediante dinámica de fluidos computacional, y una frecuencia de aparición para cada dirección del viento, una frecuencia de aparición para cada velocidad del viento, una frecuencia de aparición para cada estabilidad atmosférica y similares, calculadas a partir de datos realmente medidos fiables obtenidos a partir de la torre de condición del viento se aplican como peso para superponer todos los ejemplos meteorológicos entre sí, haciendo de ese modo posible realizar una distribución espacial de un flujo de viento atmosférico promediado mediante estadística meteorológica, es decir, el mapa de recursos de energía eólica.
En este caso, generalmente, en un método de simulación numérica de un flujo de viento atmosférico, en el caso de una simulación numérica de un flujo de viento atmosférico de escala central que tiene un tamaño de varios cientos de kilómetros, se realiza un análisis continuo secuencial en el tiempo para analizar numéricamente un procedimiento de cambio de un flujo de viento atmosférico mediante un cambio en la radiación solar, o similar, y en el caso de una simulación numérica de un flujo de viento atmosférico de escala microscópica que tiene un tamaño de varias decenas de kilómetros, se usa un esquema de analizar numéricamente de manera individual flujos de viento atmosféricos de estado normal para cada variable meteorológica usando un método de reducción a escala dinámica y aplicar una frecuencia estadística de aparición de variables meteorológicas como peso para realizar una superposición.
En este caso, con el fin de aumentar adicionalmente la fiabilidad del mapa de recursos de energía eólica, se requiere una simulación numérica de flujo de viento atmosférico para todos los estados meteorológicos generables tales como una dirección del viento, una velocidad del viento, una estabilidad atmosférica y similares, de viento sinóptico o viento local que tienen una influencia sobre un área de análisis. Sin embargo, hay un problema de que se requiere necesariamente una gran cantidad de carga de cálculo y tiempo de cálculo con el fin de analizar todos los estados meteorológicos generables.
Como método de mapeo de recursos eólicos usando un sistema de simulación numérica de flujo de viento atmosférico, que es el segundo método anteriormente mencionado, se han sugerido la publicación de patente coreana abierta a consulta por el público n.° 10-2005-0063616 (titulada “Wind Resource Mapping Method” y publicada el 28 de junio de 2005) y la publicación de patente coreana abierta a consulta por el público n.° 10-2011­ 0099509 (titulada “Wind Resources Mapping System and Method”).
[Divulgación]
[Problema técnico]
Un objetivo de la presente invención es proporcionar un sistema y un método de simulación numérica para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional que puedan realizar de manera más rápida y eficiente un mapa de recursos de energía eólica estableciendo un resultado de análisis de una dirección del viento para un área de análisis como condición inicial (segunda condición inicial en la presente invención) de un análisis de otra dirección del viento.
En más detalle, un objetivo de la presente invención es proporcionar un sistema y un método de simulación numérica para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional que puedan realizar de manera más rápida y precisa un análisis y realizar fácilmente un mapa de recursos de energía eólica introduciendo una condición de límite y una condición inicial mediante una unidad de entrada y usando un resultado de análisis de flujo de viento atmosférico en el que una dirección del viento y variable meteorológica se imponen como condición de límite a un área de análisis como condición inicial (segunda condición inicial) para analizar un flujo de viento atmosférico en el que otra dirección del viento y variable meteorológica se imponen como condición de límite.
[Solución técnica]
En un aspecto general, un sistema de simulación numérica para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional incluye: una unidad de análisis numérico 30 que analiza variables meteorológicas de un área interna usando variables meteorológicas de una superficie de límite de un área de análisis A como condiciones de límite; una unidad de entrada 20 que introduce las condiciones de límite y una condición inicial para un análisis numérico de la unidad de análisis numérico 30 y que establece secciones de análisis para la misma variable meteorológica; y una unidad de formación de mapa 40 que mapea un resultado de análisis numérico mediante la unidad de análisis numérico 30 en relación con información geográfica, en el que la unidad de entrada 20 introduce una condición inicial en la que se refleja información de análisis de una variable meteorológica específica mediante la unidad de análisis numérico 30 con el fin de diferentes análisis en la misma variable meteorológica para el área de análisis A.
La unidad de entrada 20 puede incluir: una primera unidad de entrada 21 que introduce las condiciones de límite y una primera condición inicial para el área de análisis A en la unidad de análisis numérico 30; y una segunda unidad de entrada 22 que introduce una segunda condición inicial en la que se refleja información de análisis sobre una condición de límite específica mediante la unidad de análisis numérico 30 con el fin de analizar diferentes condiciones de límite para la misma área de análisis A en la unidad de análisis numérico 30.
Las condiciones de límite pueden ser una dirección del viento, una velocidad del viento y una estabilidad atmosférica, y la unidad de análisis numérico 30 puede realizar un análisis sobre el flujo de viento atmosférico para cada sección de dirección del viento, sección de velocidad del viento y sección de estabilidad atmosférica.
Las direcciones del viento específicas en las que se introduce la primera condición inicial pueden ser dos direcciones del viento adyacentes de un viento del este, un viento del oeste, un viento del sur y un viento del norte para el área de análisis A.
La primera condición inicial puede establecerse a 0 o al mismo valor que la condición de límite.
En el caso de un valor escalar, la segunda condición inicial puede ser un valor de análisis que depende de la unidad de análisis numérico 30 para direcciones del viento específicas en las que se introduce la primera condición inicial con respecto a direcciones del viento que forman un ángulo de 180 grados con respecto a las direcciones del viento específicas respectivas en las que se introduce la primera condición inicial.
La condición inicial que tiene el valor escalar puede ser una cualquiera o más seleccionadas de una temperatura, energía cinética turbulenta, una tasa de disipación de energía cinética turbulenta y un coeficiente de viscosidad cinemática.
En el caso de un valor vectorial, la segunda condición inicial puede ser un valor de dirección opuesta del valor de análisis que depende de la unidad de análisis numérico 30 para las direcciones del viento específicas en las que se introduce la primera condición inicial con respecto a las direcciones del viento que forman el ángulo de 180 grados con respecto a las direcciones del viento específicas respectivas en las que se introduce la primera condición inicial. La segunda condición inicial puede ser un valor promedio de dos valores de análisis que depende de la unidad de análisis numérico 30 para dos condiciones de límite de dirección del viento específicas en las que se introduce la primera condición inicial con respecto a direcciones del viento correspondientes a direcciones centrales de las dos condiciones de límite de dirección del viento específicas en las que se introduce la primera condición inicial.
En el caso de un valor escalar, la segunda condición inicial puede ser un valor de análisis que depende del valor de análisis numérico 30 con respecto a una dirección del viento que forma un ángulo de 180 grados con respecto a una dirección del viento específica que tiene información de análisis que depende de la unidad de análisis numérico 30. En el caso de un valor vectorial, la segunda condición inicial puede ser un valor de dirección opuesta del valor de análisis que depende del valor de análisis numérico 30 con respecto a la dirección del viento que forma el ángulo de 180 grados con respecto a la dirección del viento específica que tiene la información de análisis que depende de la unidad de análisis numérico 30.
En otro aspecto general, un método de simulación numérica para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional usando el sistema de simulación numérica 100 para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional tal como se describió anteriormente incluye: una etapa de formación de sistema de retícula (S10) de establecer retículas para el área de análisis (A) mediante una unidad de generación de datos de retícula de área de análisis 10; una etapa de análisis (S20) de analizar un flujo de viento atmosférico para cada una de direcciones del viento, velocidades del viento y estabilidades atmosféricas establecidas para el área de análisis (A); y una etapa de formación de mapa (S30) de mapear cada resultado de análisis en relación con la información geográfica.
La etapa de análisis (S20) puede incluir: una etapa de establecimiento básico de análisis (S21) de establecer las secciones de dirección del viento, las secciones de velocidad del viento y las secciones de estabilidad atmosférica, que son variables meteorológicas en las que se realizan análisis para el área de análisis A; una primera etapa de entrada (S22) de introducir una condición de límite y una primera condición inicial de una variable meteorológica específica para la misma área de análisis A en la unidad de análisis numérico 30, mediante la primera unidad de entrada 21 de la unidad de entrada 20; una primera etapa de análisis numérico (S23) de realizar un análisis de la variable meteorológica específica usando la condición de límite y la primera condición inicial introducidas en la primera etapa de entrada (S22), mediante la unidad de análisis numérico 30; una segunda etapa de entrada (S24) de introducir una segunda condición inicial para analizar otra variable meteorológica para la misma área de análisis A en la unidad de análisis numérico 30, mediante la segunda unidad de entrada 22 de la unidad de entrada 20; y una segunda etapa de análisis numérico (S25) de realizar un análisis de la variable meteorológica específica usando la segunda condición inicial introducida en la segunda etapa de entrada (S24), mediante la unidad de análisis numérico 30, realizándose la segunda etapa de entrada (S24) y la segunda etapa de análisis numérico (S25) de manera repetida con el fin de analizar cada sección de todas las variables meteorológicas establecidas para el área de análisis A.
En la etapa de formación de mapa (S30), una frecuencia de aparición para cada sección de variables meteorológicas calculada usando datos realmente medidos puede conferirse como peso para superponer resultados de análisis para todas las secciones entre sí, calculando de ese modo un valor de variable meteorológica promediado mediante estadística meteorológica.
[Efectos ventajosos]
Por tanto, en el sistema y método de simulación numérica para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional según la realización a modo de ejemplo de la presente invención, es posible realizar de manera más rápida y eficiente un mapa de recursos de energía eólica estableciendo un resultado de análisis de una dirección del viento para el área de análisis como condición inicial (segunda condición inicial en la presente invención) de un análisis de otra dirección del viento.
Particularmente, en el sistema y método de simulación numérica para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional según la realización a modo de ejemplo de la presente invención, es posible realizar de manera más rápida y precisa un análisis y realizar fácilmente un mapa de recursos de energía eólica introduciendo una condición de límite y una condición inicial mediante una unidad de entrada y usando un resultado de análisis de flujo de viento atmosférico en el que una dirección del viento y variable meteorológica se imponen como condición de límite a un área de análisis como condición inicial (segunda condición inicial) para analizar un flujo de viento atmosférico en el que otra dirección del viento y variable meteorológica se imponen como condición de límite.
En más detalle, en el sistema y método de simulación numérica para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional según la realización a modo de ejemplo de la presente invención, en primer lugar, dado que dos direcciones del viento que tienen una diferencia de 180 grados del flujo de viento atmosférico que fluye a lo largo de un terreno tienen una simetría geométrica bidimensional, un resultado de análisis de una dirección del viento que tiene una diferencia de 180 grados con respecto a una dirección del viento específica se usa como condición inicial de la dirección del viento específica que usa esta característica, haciendo de ese modo posible acelerar la velocidad de convergencia.
Además, en segundo lugar, en el caso de direcciones del viento centrales entre dos direcciones del viento adyacentes, puede acelerarse la velocidad de convergencia aplicando un principio de suma vectorial.
[Descripción de los dibujos]
La figura 1 es una vista esquemática que ilustra un sistema de simulación numérica para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional según una realización a modo de ejemplo de la presente invención;
la figura 2 es una vista que ilustra un ejemplo de funcionamiento de una unidad de generación de datos de retícula de área de análisis del sistema de simulación numérica para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional según la realización a modo de ejemplo de la presente invención;
las figuras 3A a 3C son vistas que ilustran el número de direcciones del viento de análisis para un área de análisis del sistema de simulación numérica para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional según la realización a modo de ejemplo de la presente invención;
las figuras 4A y 4B son vistas que ilustran un ejemplo de establecimiento de una segunda condición inicial del sistema de simulación numérica para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional según la realización a modo de ejemplo de la presente invención;
la figura 5 es una vista para describir el establecimiento de la segunda condición inicial en una condición de dirección del viento ilustrada en la figura 4;
las figuras 6A y 6B son vistas que ilustran otro ejemplo de establecimiento de una segunda condición inicial del sistema de simulación numérica para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional según la realización a modo de ejemplo de la presente invención;
la figura 7 es una vista para describir el establecimiento de la segunda condición inicial en una condición de dirección del viento ilustrada en la figura 6;
la figura 8 es una vista que ilustra todavía otro ejemplo de establecimiento de una segunda condición inicial del sistema de simulación numérica para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional según la realización a modo de ejemplo de la presente invención;
la figura 9 es una vista que ilustra un método de simulación numérica para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional según la realización a modo de ejemplo de la presente invención;
la figura 10 es una vista que ilustra una etapa de análisis para realizar un mapa de recursos de energía eólica según la realización a modo de ejemplo de la presente invención;
la figura 11 es un diagrama de flujo que ilustra un ejemplo del método de simulación numérica para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional según la realización a modo de ejemplo de la presente invención;
las figuras 12A a 13B son vistas que ilustran resultados que dependen del sistema y método de simulación numérica para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional según la realización a modo de ejemplo de la presente invención; y
la figura 14 es una vista que ilustra tiempos requeridos del ejemplo de la invención 1 y el ejemplo de la invención 2 que dependen del sistema y método de simulación numérica para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional según la realización a modo de ejemplo de la presente invención y los ejemplos comparativos.
[Mejor modo]
A continuación en el presente documento, se describirá en detalle un sistema de simulación numérica 100 y un método para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional según una realización a modo de ejemplo de la presente invención con referencia a los dibujos adjuntos.
La figura 1 es una vista esquemática que ilustra un sistema de simulación numérica para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional según una realización a modo de ejemplo de la presente invención; la figura 2 es una vista que ilustra un ejemplo de funcionamiento de una unidad de generación de datos de retícula de área de análisis del sistema de simulación numérica para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional según la realización a modo de ejemplo de la presente invención; las figuras 3A a 3C son vistas que ilustran el número de direcciones del viento de análisis para un área de análisis del sistema de simulación numérica para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional según la realización a modo de ejemplo de la presente invención; las figuras 4A y 4B son vistas que ilustran un ejemplo de establecimiento de una segunda condición inicial del sistema de simulación numérica para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional según la realización a modo de ejemplo de la presente invención; la figura 5 es una vista para describir el establecimiento de la segunda condición inicial en una condición de dirección del viento ilustrada en la figura 4; las figuras 6A y 6B son vistas que ilustran otro ejemplo de establecimiento de una segunda condición inicial del sistema de simulación numérica para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional según la realización a modo de ejemplo de la presente invención; la figura 7 es una vista para describir el establecimiento de la segunda condición inicial en una condición de dirección del viento ilustrada en la figura 6; la figura 8 es una vista que ilustra todavía otro ejemplo de establecimiento de una segunda condición inicial del sistema de simulación numérica para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional según la realización a modo de ejemplo de la presente invención; la figura 9 es una vista que ilustra un método de simulación numérica para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional según la realización a modo de ejemplo de la presente invención; la figura 10 es una vista que ilustra una etapa de análisis para realizar un mapa de recursos de energía eólica según la realización a modo de ejemplo de la presente invención; la figura 11 es un diagrama de flujo que ilustra un ejemplo del método de simulación numérica para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional según la realización a modo de ejemplo de la presente invención; las figuras 12A a 13B son vistas que ilustran resultados que dependen del sistema y método de simulación numérica para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional según la realización a modo de ejemplo de la presente invención; y la figura 14 es una vista que ilustra tiempos requeridos del ejemplo de la invención 1 y el ejemplo de la invención 2 que dependen del sistema y método de simulación numérica para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional según la realización a modo de ejemplo de la presente invención y los ejemplos comparativos.
El sistema de simulación numérica 100 para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional según la realización a modo de ejemplo de la presente invención puede incluir una unidad de análisis numérico 30, una unidad de entrada 20 y una unidad de formación de mapa 40, e incluye además una unidad de generación de datos de retícula de área de análisis 10 (véase la figura 1).
La unidad de generación de datos de retícula de área de análisis 10 genera datos de retícula en la que un área de análisis A en la que se realiza un análisis numérico reflejando un espacio en el que fluye un fluido se divide en una pluralidad de retículas.
La unidad de generación de datos de retícula de área de análisis 10 genera una pluralidad de retículas en el área de análisis para un método de volúmenes finitos, que se realiza para analizar la dinámica de fluidos computacional.
En la figura 2, que es una vista que ilustra un mapa y datos de retícula generados mediante la unidad de generación de datos de retícula de área de análisis 10, un área completa que incluye una pluralidad de retículas corresponde al área de análisis A.
Aunque la figura 2 tiene una forma de plano bidimensional de una longitud y una anchura, un área en la que se forma realmente un flujo de viento atmosférico tiene una forma de espacio tridimensional, y las retículas respectivas forman realmente poliedros tales como una pluralidad de hexaedros o similares.
En este caso, en la realización a modo de ejemplo de la presente invención, las retículas pueden ser puntos de intersección perpendiculares entre sí, tal como se ilustra en la figura 2, o pueden no estar en una forma en la que sean perpendiculares entre sí teniendo en cuenta un área en la que pueden medirse y observarse datos de entrada para terreno y análisis numérico, o similares.
Es decir, en la realización a modo de ejemplo de la presente invención, la unidad de generación de datos de retícula de área de análisis 10, que genera los datos de retícula en una forma de retícula con el fin de analizar el área de análisis A usando el método de volúmenes finitos, puede generar de diversas formas los datos de retícula reflejando información geográfica.
La unidad de análisis numérico 30 realiza un análisis de flujo de viento atmosférico con respecto a variables meteorológicas establecidas para el área de análisis A.
En este caso, la unidad de análisis numérico 30 analiza el área de análisis A para cada variable meteorológica y se realizan análisis sobre las variables meteorológicas respectivas mediante el número de secciones establecidas. La unidad de entrada 20 introduce una condición de límite y una condición inicial de la unidad de análisis numérico 30 y establece el número de análisis para la misma variable meteorológica.
La unidad de entrada 20 puede no sólo establecer el número de análisis mediante una introducción directa de un usuario, sino también establecer el número de análisis introduciendo una condición de límite automáticamente establecida o un resultado de análisis mediante cálculo.
Los datos de entrada, lo que significa datos básicos requeridos para un análisis de la unidad de análisis numérico 30, incluyen una condición de límite y una condición inicial. La condición de límite puede ser una dirección del viento, una velocidad del viento y una estabilidad atmosférica, y la condición inicial puede ser una o más seleccionadas de energía turbulenta, una tasa de disipación y un coeficiente de viscosidad cinemática.
En este caso, el número de análisis del área de análisis A puede cambiarse dependiendo del número (sección de análisis) de análisis de las direcciones del viento, el número (sección de análisis) de análisis de las velocidades del viento, y el número (sección de análisis) de análisis de las estabilidades atmosféricas, que son las condiciones de límite.
Particularmente, el número de direcciones del viento de análisis del área de análisis A significa el número de análisis realizados mediante la unidad de análisis numérico 30 en las direcciones del viento respectivas que tienen una influencia sobre el área de análisis A en todas las direcciones.
Las figuras 3A a 3C son vistas que ilustran el número de direcciones del viento de análisis para el área de análisis A. La figura 3A ilustra un ejemplo en el que se realiza un total de cuatro análisis para un viento del este, un viento del oeste, un viento del sur y un viento del norte en el área de análisis A.
Además, la figura 3B ilustra un ejemplo en el que se realiza un total de ocho análisis para un viento del este, un viento del oeste, un viento del sur, un viento del norte, un viento del sureste, un viento del suroeste, un viento del noreste y un viento del noroeste en el área de análisis A.
Además, la figura 3C ilustra un ejemplo en el que se realiza un total de dieciséis análisis para un viento del este, un viento del oeste, un viento del sur, un viento del norte, un viento del sureste, un viento del suroeste, un viento del noreste, un viento del noroeste, un viento del este-sureste, un viento del este-noreste, un viento del oeste-suroeste, un viento del oeste-noroeste, un viento del sur-sureste, un viento del sur-suroeste, un viento del norte-noreste y un viento del norte-noroeste en el área de análisis A.
El sistema de simulación numérica 100 para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional según la realización a modo de ejemplo de la presente invención puede analizar además de diversas formas una pluralidad de direcciones del viento para el área de análisis A, además de los números de direcciones del viento ilustradas en las figuras 3A a 3C. Esto puede establecerse mediante la unidad de entrada 20, tal como se describió anteriormente.
La unidad de entrada 20 puede introducir la condición de límite y la condición inicial para el análisis numérico de la unidad de análisis numérico 30. En este caso, la unidad de entrada 20 puede introducir datos de entrada en los que se refleja información de análisis de una variable meteorológica específica mediante la unidad de análisis numérico 30 con el fin de diferentes análisis en la misma variable meteorológica para el área de análisis A.
Los “diferentes análisis en la misma variable meteorológica para el área de análisis A” significan análisis realizados de manera repetida dependiendo del establecimiento de una pluralidad de secciones de análisis de una variable meteorológica específica.
En más detalle, la unidad de entrada 20 incluye una primera unidad de entrada 21 que introduce la condición de límite y una primera condición inicial para el área de análisis A en la unidad de análisis numérico 30 y una segunda unidad de entrada 22 que introduce una segunda condición inicial en la que se refleja información de análisis sobre una condición de límite específica mediante la unidad de análisis numérico 30 con el fin de analizar diferentes condiciones de límite para la misma área de análisis A en la unidad de análisis numérico 30.
Es decir, la unidad de entrada 20 está configurada por la primera unidad de entrada 21 que introduce la condición de límite y la primera condición inicial y la segunda unidad de entrada 22 que introduce la segunda condición inicial. La condición de límite y las condiciones iniciales son información requerida con el fin del análisis de la unidad de análisis numérico 30.
La condición de límite significa un valor conferido para una variable meteorológica de una superficie de límite con el fin de analizar una variable meteorológica interna del área de análisis A, y la primera condición inicial significa una condición para un análisis inicial de una variable meteorológica específica para el área de análisis A.
Además, la segunda condición inicial significa una condición en la que se refleja información de análisis de una dirección del viento específica en un análisis realizado por adelantado con el fin de analizar secciones distintas de secciones en las que se realiza un análisis sobre la variable meteorológica específica para el área de análisis A. Dicho de otro modo, en la realización a modo de ejemplo de la presente invención, las condiciones iniciales primera y segunda son valores condicionales introducidos en el área de análisis A, y la segunda condición inicial es una condición en la que se introduce un valor en el que se refleja un resultado del análisis realizado por adelantado. En este caso, en el sistema de simulación numérica 100 para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional según la realización a modo de ejemplo de la presente invención, un análisis numérico en el que se introduce la primera condición inicial es sobre secciones de dirección del viento específicas. En este caso, es preferible que las direcciones del viento específicas en las que se introduce la primera condición inicial sean dos direcciones del viento adyacentes de un viento del este, un viento del oeste, un viento del sur y un viento del norte. Además, la primera condición inicial puede establecerse a 0 o al mismo valor que la condición de límite.
A continuación en el presente documento se describirá cómo se usa en concreto un valor en el que se refleja el resultado del análisis realizado por adelantado, como segunda condición inicial.
En primer lugar, como segunda condición inicial, puede usarse información de análisis que depende de la unidad de análisis numérico 30 en direcciones del viento específicas en las que se introduce la primera condición inicial con respecto a direcciones del viento que forman un ángulo de 180 grados con respecto a las direcciones del viento específicas respectivas en las que se introduce la primera condición inicial.
Las figuras 4A y 4B, que son vistas que ilustran que un valor de análisis de un viento del norte puede introducirse como condiciones iniciales de un viento del sur en el caso en el que la dirección del viento específica en la que se introduce la primera condición inicial es el viento del norte, ilustran de manera representativa un valor vectorial. Además, la figura 5, que una vista para describir que un valor de análisis de la primera condición inicial para direcciones del viento que forman un ángulo de 180 grados con respecto a las direcciones del viento específicas respectivas tal como se ¡lustra en la figura 4 puede usarse como segunda condición inicial, ¡lustra un caso que tiene un valor escalar mediante un signo O e ¡lustra un caso que tiene un valor vectorial mediante un signo 1.
En primer lugar, en el caso en el que la primera condición inicial, el valor de análisis y la segunda condición inicial son valores escalares, un valor de análisis que depende de la unidad de análisis numérico 30 en direcciones del viento específicas en las que se introduce la primera condición inicial con respecto a direcciones del viento que forman un ángulo de 180 grados con respecto a las direcciones del viento específicas respectivas en las que se introduce la primera condición inicial puede usarse como segunda condición inicial.
En más detalle, un valor de análisis 0 (9) para una dirección del viento que tiene un ángulo 0 puede usarse como condición inicial 0 (9+180) que tiene un ángulo 9+180.
En este caso, una condición inicial que tiene el valor escalar puede ser uno cualquiera o más seleccionado de una temperatura, energía cinética turbulenta, una tasa de disipación de energía cinética turbulenta y un coeficiente de viscosidad cinemática.
Además, en el caso en el que la primera condición inicial, el valor de análisis y la segunda condición inicial son valores vectoriales, un valor de dirección opuesta de un valor de análisis que depende de la unidad de análisis numérico 30 en direcciones del viento específicas en las que se introduce la primera condición inicial con respecto a direcciones del viento que forman un ángulo de 180 grados con respecto a las direcciones del viento específicas respectivas en las que se introduce la primera condición inicial puede usarse como segunda condición inicial.
Es decir, un valor de análisis ■ v para una dirección del viento que tiene un ángulo 9 puede usarse como condición inicial i-rí.'e > iso> que tiene un ángulo 9+180.
En más detalle, por ejemplo, en el caso de un viento del norte y un viento del sur que tienen una diferencia de 180 grados entre los mismos, en la figura 4A, t r ( V ) que indica información de análisis de viento del norte del viento del norte de un área de análisis A específica, que es un resultado de análisis después de introducirse la primera condición inicial, puede usarse como segunda condición inicial del viento del sur.
En este caso, en la figura 4B, , V Í'lO indica la segunda condición inicial del viento del sur. Tal como se ¡lustra, un valor negativo - ' ' ' ’ de información analizada después de introducirse la primera condición inicial se usa como segunda condición inicial del viento del sur que forma un ángulo de 180 grados con respecto al viento del norte.
Es decir, el sistema de simulación numérica 100 para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional según la realización a modo de ejemplo de la presente invención puede establecer la información de análisis del viento del norte como segunda condición inicial del viento del sur.
Además, el sistema de simulación numérica 100 para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional según la realización a modo de ejemplo de la presente invención incluye ejemplos ilustrados en las figuras 4A y 4B, puede aplicarse a todas las direcciones del viento que forman un ángulo de 180 grados unas con respecto a otras y puede introducir el resultado de análisis en el que la primera condición inicial para la dirección del viento específica se introduce como segunda condición inicial para otra dirección del viento que forma un ángulo de 180 grados con respecto a la dirección del viento específica para el área de análisis A específica (por ejemplo, se establece información de análisis de un viento del sur como segunda condición inicial de un viento del norte o se establece información de análisis de un viento del este como una segunda condición inicial de un viento del oeste).
En segundo lugar, un valor promedio del valor de análisis que depende de la unidad de análisis numérico 30 puede usarse como segunda condición inicial.
En más detalle, puede usarse un valor promedio de dos valores de análisis que depende de la unidad de análisis numérico 30 para dos condiciones de límite de dirección del viento específicas en las que se introduce la primera condición inicial con respecto a direcciones del viento correspondientes a direcciones centrales de las dos condiciones de límite de dirección del viento específicas en las que se introduce la primera condición inicial.
Haciendo referencia a las figuras 6A y 6B, en la figura 6A, n V! ¡ndica información de análisis de viento del norte de un área de análisis A específica y i'v> 1 ¡ndica viento información de análisis de del este, que son resultados de análisis después de introducirse la primera condición inicial en cada uno del viento del norte y el viento del este.
En este caso, en la figura 6B, ^ (NE) ¡ndica una segunda condición inicial de un viento del noreste. Tal como se
¡lustra, se usa una suma vectorial * ' A 111 ' " de información de análisis de condiciones de límite de viento del norte y viento del este.
Es decir, un valor promedio de la información de análisis del viento del norte y el viento del este puede establecerse como segunda condición inicial.
La figura 7, que es una vista que ilustra que un valor promedio de valores de análisis de condiciones de límite de dirección del viento que tiene ángulos de 9-d9 y 9+d9, tal como se ilustra en las figuras 6A y 6B, puede usarse como segunda condición inicial de un ángulo de 9, ilustra una ecuación de cálculo de valor promedio en el caso de tener un valor escalar y en el caso de tener un valor vectorial.
En este caso, 0(9-d9) significa un valor de análisis de una dirección del viento que tiene un ángulo de 9-d9 en el caso en el que es un valor escalar, ®(9+d9) significa un valor de análisis de una dirección del viento que tiene un ángulo de 9+d9 en el caso en el que es un valor escalar, significa un valor de análisis de una dirección del viento que tiene un ángulo de 9-d9 en el caso en el que es un valor vectorial, y ' *d ' ‘:/B> significa un valor de análisis de una dirección del viento que tiene un ángulo de 9+d9 en el caso en el que es un valor vectorial.
Además, ®(9) significa una segunda condición inicial de una dirección del viento que tiene un ángulo de 9 en el caso en el que es un valor escalar y 1B > significa una segunda condición inicial de una dirección del viento que tiene un ángulo de 9 en el caso en el que es un valor vectorial.
Dicho de otro modo, el sistema de simulación numérica 100 para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional según la realización a modo de ejemplo de la presente invención puede usar el valor promedio de los valores de análisis de la información de análisis en las direcciones del viento específicas como segunda condición inicial de la dirección del viento que tienen un ángulo entre las mismas.
En tercer lugar, tal como se ilustra en la figura 8, un valor de análisis que depende de la segunda condición inicial puede usarse como otra segunda condición inicial.
Aquí, en el caso de un valor escalar, un valor de análisis que depende de la unidad de análisis numérico 30 con respecto a una dirección del viento que forma un ángulo de 180 grados con respecto a la dirección del viento específica que tiene la información de análisis que depende de la unidad de análisis numérico 30 se usa como segunda condición inicial, y en el caso de un valor vectorial, un valor de dirección opuesta del valor de análisis que depende de la unidad de análisis numérico 30 con respecto a la dirección del viento que forma el ángulo de 180 grados con respecto a la dirección del viento específica que tiene la información de análisis que depende de la unidad de análisis numérico 30 se usa como segunda condición inicial.
Es decir, el valor de análisis analizado después de introducirse la segunda condición inicial del viento del noreste ilustrada en las figuras 6A y 6B se introduce como segunda condición inicial del viento del suroeste que forma el ángulo de 180 grados con respecto al viento del noreste, de tal manera que puede realizarse el análisis de la unidad de análisis numérico 30.
Cuando el análisis se realiza después de introducirse la primera condición inicial con respecto a dos direcciones del viento adyacentes seleccionadas del viento del este, el viento del oeste, el viento del sur y el viento del norte mediante los métodos primero a tercero descritos anteriormente, se introduce la segunda condición inicial usando el resultado de análisis (información de análisis), de tal manera que pueden completarse todos los análisis de la información de dirección del viento ilustrados en la figura 3C.
En este caso, el sistema de simulación numérica 100 para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional según la realización a modo de ejemplo de la presente invención tiene una ventaja de que puede reducirse significativamente un tiempo requerido para el análisis en el caso en el que la segunda condición inicial en la que se refleja el resultado de análisis se introduce para realizar el análisis en comparación con el caso en el que se refleja la primera condición inicial.
Es decir, en el sistema de simulación numérica 100 para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional según la realización a modo de ejemplo de la presente invención, en primer lugar, dado que dos direcciones del viento que tienen una diferencia de 180 grados del flujo de viento atmosférico que fluye a lo largo de un terreno tienen una simetría geométrica bidimensional, el resultado de análisis (resultado de análisis de la dirección del viento en la que se introduce la primera condición inicial) de la dirección del viento que tiene una diferencia de 180 grados con respecto a la dirección del viento específica se usa como condición inicial (segunda condición inicial) de la dirección del viento específica que usa esta característica, haciendo de ese modo posible acelerar la velocidad de convergencia.
Además, en segundo lugar, en el caso de direcciones del viento centrales entre dos direcciones del viento adyacentes, la velocidad de convergencia puede acelerarse aplicando un principio de una suma vectorial.
(Particularmente, dado que la diferencia de ángulo entre las dos direcciones del viento adyacentes es pequeña, se disminuye la influencia del terreno sobre el flujo de viento atmosférico, y en el sistema y método de simulación numérica para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional según la realización a modo de ejemplo de la presente invención, se ajusta el número de direcciones del viento en las que se realizan los análisis, haciendo de ese modo posible ajustar la diferencia de ángulo entre las dos direcciones del viento adyacentes).
La unidad de formación de mapa 40 mapea el resultado de análisis numérico mediante la unidad de análisis numérico 30 en relación con la información geográfica.
Mientras tanto, el método de simulación numérica para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional según la realización a modo de ejemplo de la presente invención usa el sistema de simulación numérica 100 para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional que tiene las características tal como se describió anteriormente. A continuación, se describirá en más detalle el método de simulación numérica para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional usando el sistema de simulación numérica 100 para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional.
Se ilustra un ejemplo en el que el método de simulación numérica para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional según la realización a modo de ejemplo de la presente invención incluye una etapa de formación de sistema de retícula (S10), una etapa de análisis (S20) y una etapa de formación de mapa (S30) (véase la figura 9).
En la etapa de formación de sistema de retícula (S10), se establecen retículas usando datos de terreno mediante la unidad de generación de datos de retícula de área de análisis 10.
En la etapa de análisis (S20), se analiza un flujo de viento atmosférico para cada una de las secciones de dirección del viento, secciones de velocidad del viento y secciones de estabilidad atmosférica establecidas.
La figura 10 es una vista que ilustra la etapa de análisis (S20) en detalle. La etapa de análisis (S20) incluye una etapa de establecimiento básico de análisis (S21), una primera etapa de entrada (S22), una primera etapa de análisis numérico (S23), una segunda etapa de entrada (S24) y una segunda etapa de análisis numérico (S25). En este caso, en la etapa de establecimiento básico de análisis (S21), se establecen las secciones de dirección del viento, las secciones de velocidad del viento y las secciones de estabilidad atmosférica, que son variables meteorológicas sobre las cuales se realizan análisis para el área de análisis A mediante la unidad de entrada 20. La siguiente ecuación 1 muestra direcciones del viento, velocidades del viento y estabilidades atmosféricas sobre las cuales se realizan análisis, respectivamente, en el momento de establecer las secciones de dirección del viento, las secciones de velocidad del viento y las secciones de estabilidad atmosférica mediante la etapa de establecimiento básico de análisis (S21).
[Ecuación 1]
Figure imgf000011_0001
Figure imgf000011_0002
Estabilidad atmosférica ( /w )= / l — — —— X ( A '- l )
/?3
(en este caso, n1 = el número de secciones de dirección del viento establecidas, n2 = el número de secciones de velocidad del viento establecidas, n3 = el número de secciones de estabilidad atmosférica establecidas, i = número entero de 1 o más a n1 o menos, j = número entero de 1 o más a n2 o menos, k = número entero de 1 o más a n3 o menos, u1 = velocidad del viento de corte de generador de energía eólica,
/2-/1 = longitud (Monin-Obukhov), 12 = valor máximo de la longitud (Monin-Obukhov), /1 = valor mínimo de la longitud (Monin-Obukhov)) En primer lugar, al describir las secciones de dirección del viento, se dividen 360 grados en una pluralidad de secciones para determinar direcciones del viento en las que se realizan análisis. En el caso en el que el número de secciones de dirección del viento es de 16, significa que se dividen 360 grados en dieciséis secciones a un intervalo de 22,5 grados.
Al describir las secciones de velocidad del viento, una velocidad del viento a la que se corta el funcionamiento del generador de energía eólica se divide a partir de 0 m/s en una pluralidad de secciones para determinar el número de análisis de velocidad del viento realizados en direcciones del viento específicas.
Generalmente, una velocidad del viento de corte a la que se corta el funcionamiento del generador de energía eólica es de 25 m/s.
Las secciones de estabilidad atmosférica significan que se establece una longitud de Monin-Obukhov a cada uno de -500 m, -250 m, 0 m, 250 m y 500 m.
Es decir, el número de análisis realizados en un punto de análisis de señal específico 10 corresponde al número de secciones de dirección del viento establecidas X el número de secciones de velocidad del viento establecidas X el número de secciones de estabilidad atmosférica establecidas.
En este caso, en el caso en el que se realizan análisis a un intervalo de una hora con el fin de realizar análisis secuenciales en el tiempo en un espacio tridimensional durante un año, se requieren análisis para 8760 casos, de tal manera que básicamente se aumenta necesariamente el tiempo requerido para los análisis.
En la realización a modo de ejemplo de la presente divulgación, en el caso en el que se dividen secciones en dieciséis secciones de dirección del viento, cinco secciones de velocidad del viento y cinco secciones de estabilidad atmosférica, se requieren análisis para 805 (= 16 X 5 X 5) casos, de tal manera que los análisis para el flujo de viento atmosférico pueden completarse únicamente mediante análisis de aproximadamente el 10 % en comparación con los análisis secuenciales en el tiempo.
Tal como se describió anteriormente, en el método de simulación numérica para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional según la realización a modo de ejemplo de la presente invención, en vez de realizar los análisis secuenciales en el tiempo en las variables meteorológicas, se multiplican resultados de análisis para cada caso de variable meteorológica por una frecuencia de aparición para cada caso como peso y se superponen entre sí para calcular mediante estadística meteorológica una variable meteorológica promedio, haciendo de ese modo posible reducir significativamente un tiempo requerido para los análisis.
Además, en la primera etapa de entrada (S22), datos de entrada para un análisis numérico de la unidad de análisis numérico 30 se introducen mediante la unidad de entrada 20.
En la primera etapa de entrada (S22), la condición de límite y la primera condición inicial de la variable meteorológica específica para la misma área de análisis A en la unidad de análisis numérico 30 se introducen mediante la primera unidad de entrada 21 de la unidad de entrada 20.
En la primera etapa de análisis numérico (S23), el análisis de la dirección del viento específica se realiza usando la condición de límite y la primera condición inicial introducidas en la primera etapa de entrada (S22) mediante la unidad de análisis numérico 30.
En la segunda etapa de entrada (S24), la segunda condición inicial para analizar otra variable meteorológica para el área de análisis A en la unidad de análisis numérico 30 se introduce mediante la segunda unidad de entrada 22 de la unidad de entrada 20. En este caso, la segunda condición inicial se establece a un valor usando la información de análisis analizada mediante la primera etapa de análisis numérico (S23) después de introducirse la primera condición inicial.
Dado que anteriormente se ha descrito un método detallado de uso del valor de análisis analizado tras introducirse la primera condición inicial como segunda condición inicial en la segunda etapa de entrada (S24), ahora se omitirá. En la segunda etapa de análisis numérico (S25), el análisis de la dirección del viento específica se realiza usando la segunda condición inicial introducida en la segunda etapa de entrada (S24) mediante la unidad de análisis numérico 30.
En la etapa de formación de mapa (S30), el resultado de análisis numérico de la unidad de análisis numérico 30 se mapea en relación con la información geográfica mediante la unidad de formación de mapa 40.
En este caso, en la etapa de formación de mapa (S30), es preferible que resultados a los que se les confieren pesos de valores de cálculo de frecuencia de aparición para cada variable meteorológica calculados usando datos realmente medidos se sumen para una fiabilidad adicionalmente aumentada.
En este caso, en el método de simulación numérica para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional según la realización a modo de ejemplo de la presente invención, la segunda etapa de entrada (S24) y la segunda etapa de análisis numérico (S25) se realizan de manera repetida con el fin de analizar cada sección de todas las variables meteorológicas establecidas para el área de análisis A, de tal manera que se completan los análisis para las variables meteorológicas respectivas.
La figura 11 es una vista que ilustra un ejemplo del método de simulación numérica para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional según la realización a modo de ejemplo de la presente invención cuando las secciones de dirección del viento, las secciones de velocidad del viento y la sección de estabilidad atmosférica mostradas en la ecuación 1 anterior se establecen a 16, 5 y 5, respectivamente.
Las figuras 12A a 13B son vistas que ilustran tiempos requeridos para análisis numéricos como tablas, en las que la figura 12A ilustra el ejemplo comparativo 1 (técnica relacionada), la figura 12B ilustra el ejemplo de la invención 1, la figura 13A ilustra el ejemplo comparativo 2 (técnica relacionada) y la figura 13B ilustra el ejemplo de la invención 2. En más detalle, en las figuras 12A a 13B se ilustran valores de resultado de análisis cuando se realizan análisis usando un programa especial de realización de mapa de recursos de energía eólica (WindSim) usando un ordenador de Xeon CPU X54603,16 GHz.
En este caso, las figuras 12A y 12B ilustran resultados de análisis de 66X66X20 células y las figuras 13A y 13B ilustran resultados de análisis de 199X199X20 células.
Además, en el ejemplo comparativo 1, el ejemplo comparativo 2, el ejemplo de la invención 1 y el ejemplo de la invención 2, tal como se ilustra en la figura 14, secuencia 1) una primera condición inicial se establece a 0 con respecto a un viento del norte para realizar un análisis, secuencia 2) un valor de análisis del viento del norte se usa como segunda condición inicial para analizar un viento del sur para realizar un análisis, secuencia 3) una primera condición inicial se establece a 0 con respecto a un viento del este para realizar un análisis, y secuencia 4) un valor de análisis del viento del este se usa como segunda condición inicial para analizar el viento del este para realizar un análisis.
Además, secuencia 5) una primera condición inicial se establece a 0 con respecto a un viento del noreste para realizar un análisis, secuencia 6) un valor de análisis del viento del noreste se usa como segunda condición inicial para analizar un viento del suroeste para realizar un análisis, secuencia 7) una primera condición inicial se establece a 0 con respecto a un viento del noroeste para realizar un análisis, y secuencia 8) un valor de análisis del viento del noroeste se usa como segunda condición inicial para analizar un viento del sureste para realizar un análisis.
Además, secuencia 9) un valor promedio de los valores de análisis del viento del norte y el viento del noreste se usa como segunda condición inicial de un viento del norte-noreste para realizar un análisis, secuencia 10) un valor de análisis del viento del norte-noreste se usa como segunda condición inicial para analizar un viento del sur-suroeste para realizar un análisis, secuencia 11) un valor promedio de los valores de análisis del viento del norte y el viento del noroeste se usa como segunda condición inicial de un viento del norte-noroeste para realizar un análisis, y secuencia 12) un valor de análisis del viento del norte-noroeste se usa como segunda condición inicial para analizar un viento del sur-sureste para realizar un análisis.
Además, secuencia 13) un valor promedio de los valores de análisis del viento del noreste y el viento del este se usa como segunda condición inicial de un viento del este-noreste para realizar un análisis, secuencia 14) un valor de análisis del viento del este-noreste se usa como segunda condición inicial para analizar un viento del oeste-suroeste para realizar un análisis, secuencia 15) un valor promedio de los valores de análisis del viento del noroeste y el viento del oeste se usa como segunda condición inicial de un viento del oeste-noroeste para realizar un análisis, y secuencia 16) un valor de análisis del viento del oeste-noroeste se usa como segunda condición inicial para analizar un viento del este-sureste para realizar un análisis.
El tiempo requerido para obtener un resultado de análisis de los valores numéricos respectivos puede reducirse significativamente en la figura 12B en comparación con la figura 12A, y el tiempo requerido para obtener un resultado de análisis de los valores numéricos respectivos también puede reducirse significativamente en la figura 13B en comparación con la figura 13A.
Además, en realidad, puede ahorrarse un tiempo de 1140 segundos (aproximadamente el 48 %) en el ejemplo de la invención 1 del método de simulación numérica para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional según la realización a modo de ejemplo de la presente invención en comparación con el ejemplo comparativo 1, y puede ahorrarse un tiempo de 156 minutos (aproximadamente el 32 %) en el ejemplo de la invención 2 del método de simulación numérica para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional según la realización a modo de ejemplo de la presente invención en comparación con el ejemplo comparativo 2.
Es decir, en el método y sistema de simulación numérica 100 para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional según la realización a modo de ejemplo de la presente invención, el resultado de análisis de la variable meteorológica que depende del área de análisis A se establece como condición inicial (segunda condición inicial en la presente invención) de un análisis de otra variable meteorológica, de tal manera que puede realizarse de manera más rápida y eficiente un análisis de fluido. Por tanto, el mapa de recursos de energía eólica puede realizarse fácilmente.
La presente invención no se limita a las realizaciones a modo de ejemplo anteriormente mencionadas y puede aplicarse de diversa de diversas formas, y puede modificarse de diversas formas sin alejarse del concepto de la presente invención reivindicada en las reivindicaciones.
[Descripción detallada de los elementos principales]
100: sistema de simulación numérica para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional según una realización a modo de ejemplo de la presente invención
10: unidad de generación de datos de retícula de área de análisis
20: unidad de entrada
21: primera unidad de entrada
22: segunda unidad de entrada
30: unidad de análisis numérico
40: unidad de formación de mapa
A: área de análisis
S10 ~ S70: cada etapa del método de simulación numérica para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional según una realización a modo de ejemplo de la presente invención.
La invención se define mediante el objeto de las reivindicaciones independientes. Las reivindicaciones dependientes representan una realización de la misma.

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES
    Un sistema que comprende: un sistema de simulación numérica basado en ordenador para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional, que comprende:
    una unidad de generación de datos de retícula de área de análisis (10) adaptada para establecer retículas para un área de análisis A usando datos de terreno, en el que las retículas dividen un espacio en el que fluye el viento;
    una unidad de análisis numérico (30) adaptada para analizar variables meteorológicas de un área interna usando variables meteorológicas de una superficie de límite de un área de análisis A como condiciones de límite;
    una unidad de entrada (20) adaptada para introducir las condiciones de límite y una condición inicial para un análisis numérico de la unidad de análisis numérico (30) y para establecer secciones de análisis para una misma variable meteorológica; y
    una unidad de formación de mapa (40) adaptada para mapear un resultado de análisis mediante la unidad de análisis numérico (30) en relación con información geográfica generando un mapa de recursos de energía eólica que indica ubicaciones candidatas en las que deben instalarse generadores de energía eólica, incluyendo el mapa de recursos de energía eólica una distribución espacial del flujo de viento atmosférico, en el que
    la unidad de entrada (20) incluye:
    una primera unidad de entrada (21) adaptada para introducir las condiciones de límite y una primera condición inicial para el área de análisis A en la unidad de análisis numérico (30); y
    una segunda unidad de entrada (22) adaptada para introducir una segunda condición inicial en la que se refleja información de análisis sobre una condición de límite específica mediante la unidad de análisis numérico (30) con el fin de analizar diferentes condiciones de límite para la misma área de análisis A, para realizar diferentes análisis en la misma variable meteorológica para el área de análisis A, caracterizado porque
    las condiciones de límite son dos direcciones del viento adyacentes de un viento del este, un viento del oeste, un viento del sur y un viento del norte para el área de análisis A; una velocidad del viento; y una estabilidad atmosférica,
    la unidad de análisis numérico (30) realiza un análisis sobre el flujo de viento atmosférico para cada sección de dirección del viento, sección de velocidad del viento y sección de estabilidad atmosférica,
    la primera condición inicial se establece a 0 o al mismo valor que la condición de límite,
    en el que la segunda condición inicial se introduce reflejando información de análisis con respecto a direcciones del viento que forman un ángulo de 180 grados con respecto a las dos direcciones del viento adyacentes respectivas en las que se introduce la primera condición inicial o direcciones del viento correspondientes a direcciones centrales de las dos direcciones del viento adyacentes en las que se introduce la primera condición inicial, en el que se genera un primer conjunto de datos de direcciones del viento, y se analiza un segundo conjunto de datos de direcciones del viento, reducido a partir del primer conjunto de datos, para generar el mapa de recursos de energía eólica,
    las retículas se establecen usando datos de terreno,
    las secciones de dirección del viento se obtienen dividiendo 360 grados en una pluralidad de secciones para determinar direcciones del viento en las que se realizan análisis, y
    los resultados de análisis para cada caso de variable meteorológica se multiplican por una frecuencia de aparición para cada caso como peso y se superponen entre sí para calcular mediante estadística meteorológica una variable meteorológica promedio, haciendo de ese modo posible reducir significativamente un tiempo requerido para los análisis
    y comprendiendo el sistema además medios para instalar los generadores de energía eólica según el mapa generado.
    El sistema de simulación numérica según la reivindicación 1, en el que en el caso en el que la primera condición inicial es un valor escalar, la segunda condición inicial es un valor de análisis de la unidad de análisis numérico (30) para direcciones del viento específicas en las que la primera condición inicial se introduce con respecto a direcciones del viento que forman un ángulo de 180 grados con respecto a las direcciones del viento específicas respectivas en las que se introduce la primera condición inicial.
    3. El sistema de simulación numérica según la reivindicación 3, en el que la primera condición inicial que tiene el valor escalar es una cualquiera o más seleccionadas de una temperatura, energía cinética turbulenta, una tasa de disipación de energía cinética turbulenta y un coeficiente de viscosidad cinemática.
    4. El sistema de simulación numérica según la reivindicación 3, en el que en el caso en el que la primera condición inicial es un valor vectorial, la segunda condición inicial es un valor de dirección opuesta del valor de análisis de la unidad de análisis numérico (30) para las direcciones del viento específicas en las que se introduce la primera condición inicial con respecto a las direcciones del viento que forman el ángulo de 180 grados con respecto a las direcciones del viento específicas respectivas en las que se introduce la primera condición inicial.
    5. El sistema de simulación numérica según la reivindicación 3, en el que la segunda condición inicial es un valor promedio de dos valores de análisis de la unidad de análisis numérico (30) para dos condiciones de límite de dirección del viento específicas en las que se introduce la primera condición inicial con respecto a direcciones del viento correspondientes a direcciones centrales de las dos condiciones de límite de dirección del viento específicas en las que se introduce la primera condición inicial.
    6. El sistema de simulación numérica según la reivindicación 6, en el que en el caso en el que la segunda condición inicial es un valor escalar, la segunda condición inicial es un valor de análisis del valor de análisis numérico (30) con respecto a una dirección del viento que forma un ángulo de 180 grados con respecto a una dirección del viento específica que tiene información de análisis que depende de la unidad de análisis numérico (30).
    7. El sistema de simulación numérica según la reivindicación 6, en el que en el caso en el que la segunda condición inicial es un valor vectorial, la segunda condición inicial es un valor de dirección opuesta del valor de análisis que depende del valor de análisis numérico (30) con respecto a la dirección del viento que forma el ángulo de 180 grados con respecto a la dirección del viento específica que tiene la información de análisis que depende de la unidad de análisis numérico (30).
    8. Un método que comprende
    - un método de simulación numérica implementado por ordenador para un flujo de viento atmosférico mediante dinámica de fluidos computacional usando el sistema de simulación numérica (100) para un flujo de viento atmosférico, que comprende:
    una etapa de formación de sistema de retícula (S10) de establecer retículas para un área de análisis A mediante una unidad de generación de datos de retícula de área de análisis (10) usando datos de terreno, en el que las retículas dividen un espacio en el que fluye el viento;
    una etapa de análisis (S20) de analizar un flujo de viento atmosférico para cada una de direcciones del viento, velocidades del viento y estabilidades atmosféricas establecidas para el área de análisis A; y una etapa de formación de mapa (S30) de mapear cada resultado de análisis en relación con la información geográfica para el área de análisis y generar un mapa de recursos de energía eólica que indica ubicaciones candidatas en las que deben instalarse generadores de energía eólica, incluyendo el mapa de recursos de energía eólica una distribución espacial del flujo de viento atmosférico,
    en el que la etapa de análisis (S20) incluye:
    una etapa de establecimiento básico de análisis (S21) de establecer las secciones de dirección del viento, las secciones de velocidad del viento y las secciones de estabilidad atmosférica, cada una de las cuales son variables meteorológicas en las que se realizan análisis para el área de análisis A;
    una primera etapa de entrada (S22) de introducir una condición de límite y una primera condición inicial de una variable meteorológica específica para la misma área de análisis A en la unidad de análisis numérico (30), mediante la primera unidad de entrada (21) de la unidad de entrada (20);
    una primera etapa de análisis numérico (S23) de realizar un análisis de la variable meteorológica específica usando la condición de límite y la primera condición inicial introducidas en la primera etapa de entrada (S22), mediante la unidad de análisis numérico (30);
    una segunda etapa de entrada (S24) de introducir una segunda condición inicial para analizar otra variable meteorológica para la misma área de análisis A en la unidad de análisis numérico (30), mediante la segunda unidad de entrada (22) de la unidad de entrada (20); y
    una segunda etapa de análisis numérico (S25) de realizar un análisis de la variable meteorológica específica usando la segunda condición inicial introducida en la segunda etapa de entrada (S24), mediante la unidad de análisis numérico (30),
    realizándose la segunda etapa de entrada (S24) y la segunda etapa de análisis numérico (S25) de manera repetida con el fin de analizar cada sección de todas las variables meteorológicas establecidas para el área de análisis A, en el que
    la condición de límite incluye dos direcciones del viento adyacentes de un viento del este, un viento del oeste, un viento del sur y un viento del norte para el área de análisis; una velocidad del viento; y una estabilidad atmosférica,
    la etapa de análisis numérico realiza además un análisis sobre el flujo de viento atmosférico para cada sección de dirección del viento, sección de velocidad del viento y sección de estabilidad atmosférica, la primera condición inicial se establece a 0 o al mismo valor que la condición de límite, y
    la segunda condición inicial se introduce reflejando información de análisis con respecto a direcciones del viento que forman un ángulo de 180 grados con respecto a direcciones del viento específicas respectivas en las que se introduce la primera condición inicial o direcciones del viento correspondientes a direcciones centrales de las dos direcciones del viento adyacentes en las que se introduce la primera condición inicial, las secciones de dirección del viento se obtienen dividiendo 360 grados en una pluralidad de secciones para determinar direcciones del viento en las que se realizan análisis, y
    en el que en la etapa de formación de mapa (S30), una frecuencia de aparición para cada sección de variables meteorológicas calculada usando datos realmente medidos se confiere como peso para superponer resultados de análisis para todas las secciones entre sí, calculando de ese modo un valor de variable meteorológica promediado mediante estadística meteorológica,
    y comprendiendo el método además la etapa de instalar los generadores de energía eólica según el mapa generado.
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