Valutazione della risorsa eolica di aree ad orografia complessa per mezzo di analisi fluidodinamica ...
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 42

Tutor: Ch.mo Prof. Renato Ricci Coordinatore del Curriculum: Ch.mo Prof. Massimo Paroncini PowerPoint PPT Presentation


  • 67 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

Valutazione della risorsa eolica di aree ad orografia complessa per mezzo di analisi fluidodinamica numerica di mesoscala. Università Politecnica delle Marche Scuola di Dottorato in Scienze dell'Ingegneria Curriculum Energetica. Tutor: Ch.mo Prof. Renato Ricci Coordinatore del Curriculum:

Download Presentation

Tutor: Ch.mo Prof. Renato Ricci Coordinatore del Curriculum: Ch.mo Prof. Massimo Paroncini

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Tutor ch mo prof renato ricci coordinatore del curriculum ch mo prof massimo paroncini

Valutazione della risorsa eolica di aree ad orografia complessa per mezzo di analisi fluidodinamica numerica di mesoscala

Università Politecnica delle Marche

Scuola di Dottorato in Scienze dell'Ingegneria

Curriculum Energetica

Tutor:

Ch.mo Prof. Renato Ricci

Coordinatore del Curriculum:

Ch.mo Prof. Massimo Paroncini

Dottorando:

Ing. Pierpaolo Garofalo

X CIclo - Nuova Serie


Tutor ch mo prof renato ricci coordinatore del curriculum ch mo prof massimo paroncini

Università Politecnica delle Marche

Scuola di Dottorato in Scienze dell'Ingegneria

Curriculum Energetica

OBIETTIVO

Valutazione della producibilità energetica di siti caratterizzati da orografia complessa con un margine di errore accettabile, relativo alla velocità media annuale, possibilmente inferiore al 3%

2


Tutor ch mo prof renato ricci coordinatore del curriculum ch mo prof massimo paroncini

Università Politecnica delle Marche

Scuola di Dottorato in Scienze dell'Ingegneria

Curriculum Energetica

OBIETTIVO

Esempio: un errore di valutazione della velocità del 3% determina un errore di circa il 9% della massima potenza estraibile.

3


Tutor ch mo prof renato ricci coordinatore del curriculum ch mo prof massimo paroncini

Università Politecnica delle Marche

Scuola di Dottorato in Scienze dell'Ingegneria

Curriculum Energetica

CONSIDERAZIONI

La disponibilità di energia da fonte eolica in Italia è presente principalmente in aree collinari/montuose caratterizzate da orografia complessa

4


Tutor ch mo prof renato ricci coordinatore del curriculum ch mo prof massimo paroncini

Università Politecnica delle Marche

Scuola di Dottorato in Scienze dell'Ingegneria

Curriculum Energetica

CONSIDERAZIONI

La Norma IEC 61400-1

definisce le aree ad

orografia complessa

Complex terrain:

surrounding terrain that features significant variations in topography and terrain obstacles that may cause flow distortion

5


Tutor ch mo prof renato ricci coordinatore del curriculum ch mo prof massimo paroncini

Condizioni

al

Contorno

Università Politecnica delle Marche

Scuola di Dottorato in Scienze dell'Ingegneria

Curriculum Energetica

PROCEDURA

STATO ATTUALE

Griglia 1000m

Griglia 20m

Simulazioni di mesoscala con modello MM5 (>1 anno)

Simulazioni di microscala con modello PHOENIX

6


Tutor ch mo prof renato ricci coordinatore del curriculum ch mo prof massimo paroncini

Università Politecnica delle Marche

Scuola di Dottorato in Scienze dell'Ingegneria

Curriculum Energetica

CONSIDERAZIONI

Il modello di mesoscala

opera in condizioni ben

differenti secondo il tipo

di orografia!

7


Tutor ch mo prof renato ricci coordinatore del curriculum ch mo prof massimo paroncini

Università Politecnica delle Marche

Scuola di Dottorato in Scienze dell'Ingegneria

Curriculum Energetica

SCALA DEI FENOMENI

STATO ATTUALE

8


Tutor ch mo prof renato ricci coordinatore del curriculum ch mo prof massimo paroncini

Università Politecnica delle Marche

Scuola di Dottorato in Scienze dell'Ingegneria

Curriculum Energetica

CODICE DI MICROSCALA

STATO ATTUALE

BC da

codice

mesoscala

Codice

microscala

Equazioni

di NS

NON risolve né tiene conto

di importanti fenomeni che influenzano

il comportamento del flusso negli strati più bassi dell'atmosfera

9


Tutor ch mo prof renato ricci coordinatore del curriculum ch mo prof massimo paroncini

Università Politecnica delle Marche

Scuola di Dottorato in Scienze dell'Ingegneria

Curriculum Energetica

LIMITAZIONI DEI CODICI DI MICROSCALA

STATO ATTUALE

Manca il trattamento di fenomeni fisici:

  • microfisica

  • cumuli

  • surface layer

  • PBL

  • radiazione

  • superficie del terreno

10


Tutor ch mo prof renato ricci coordinatore del curriculum ch mo prof massimo paroncini

Università Politecnica delle Marche

Scuola di Dottorato in Scienze dell'Ingegneria

Curriculum Energetica

LIMITAZIONI DEI CODICI DI MESOSCALA

STATO ATTUALE

Mancano, essenzialmente, di una adeguata risoluzione di griglia che permetta un opportuno trattamento dell'influenza dell'orografia del terreno sul campo di moto

11


Tutor ch mo prof renato ricci coordinatore del curriculum ch mo prof massimo paroncini

Università Politecnica delle Marche

Scuola di Dottorato in Scienze dell'Ingegneria

Curriculum Energetica

LIMITAZIONI DEI CODICI DI MESOSCALA

STATO ATTUALE

La risoluzione massima di griglia utilizzata fin ora con i modelli di mesoscala è stata di 1000m con il modello DEM del terreno GTOPO30 (30” 926m)

12


Tutor ch mo prof renato ricci coordinatore del curriculum ch mo prof massimo paroncini

Università Politecnica delle Marche

Scuola di Dottorato in Scienze dell'Ingegneria

Curriculum Energetica

IDEA ALLA BASE DEL LAVORO

Spingere al massimo la risoluzione di griglia scendendo nel campo del microscala ma usando un codice di mesoscala

che risolva/parametrizzi tutti quei fenomeni trascurati dal codice CFD di microscala

Occorre far seguire all'aumento

della risoluzione di griglia

un opportuno aumento del livello di definizione

del modello del terreno!

13


Tutor ch mo prof renato ricci coordinatore del curriculum ch mo prof massimo paroncini

Università Politecnica delle Marche

Scuola di Dottorato in Scienze dell'Ingegneria

Curriculum Energetica

IDEA ALLA BASE DEL LAVORO

L'incremento di risoluzione della griglia di calcolo è stato reso possibile grazie all'adozione di DEM del terreno in formato SRTM con risoluzione di 90m

SRTM

Shuttle Radar Topography Mission

14


Tutor ch mo prof renato ricci coordinatore del curriculum ch mo prof massimo paroncini

Università Politecnica delle Marche

Scuola di Dottorato in Scienze dell'Ingegneria

Curriculum Energetica

IDEA ALLA BASE DEL LAVORO

Griglia 20m

Griglia 90m

Griglia 30”

15


Tutor ch mo prof renato ricci coordinatore del curriculum ch mo prof massimo paroncini

Università Politecnica delle Marche

Scuola di Dottorato in Scienze dell'Ingegneria

Curriculum Energetica

IDEA ALLA BASE DEL LAVORO

Il codice sorgente del modello MM5 è stato modificato per permettere l'ingestione dei file di dati orografici in formato SRTM

Lo sviluppo di MM5 da parte della comunità scientifica è stato abbandonato da alcuni anni in favore del modello WRF

tuttavia ...

16


Tutor ch mo prof renato ricci coordinatore del curriculum ch mo prof massimo paroncini

Università Politecnica delle Marche

Scuola di Dottorato in Scienze dell'Ingegneria

Curriculum Energetica

IDEA ALLA BASE DEL LAVORO

WRF

MM5

Sviluppato sin dall'inizio in

maniera modulare per accettare

i modelli di parametrizzazione

via via prodotti dagli

sviluppatori

17


Tutor ch mo prof renato ricci coordinatore del curriculum ch mo prof massimo paroncini

Università Politecnica delle Marche

Scuola di Dottorato in Scienze dell'Ingegneria

Curriculum Energetica

IDEA ALLA BASE DEL LAVORO

Si è deciso quindi di costruire da zero un protocollo di calcolo basato su WRF che rappresenta il modello di lavoro futuro nella simulazione di mesoscala

18


Tutor ch mo prof renato ricci coordinatore del curriculum ch mo prof massimo paroncini

Università Politecnica delle Marche

Scuola di Dottorato in Scienze dell'Ingegneria

Curriculum Energetica

IDEA ALLA BASE DEL LAVORO

WRF affiancherà MM5 nelle simulazioni di mesoscala condotte presso il DIISM fino a quando non si riterrà la sua affidabilità pari o superiore a quella del suo ben collaudato predecessore

19


Tutor ch mo prof renato ricci coordinatore del curriculum ch mo prof massimo paroncini

Università Politecnica delle Marche

Scuola di Dottorato in Scienze dell'Ingegneria

Curriculum Energetica

IMPLEMENTAZIONE DEL PROTOCOLLO

Il lavoro di implementazione del protocollo numerico è stato portato avanti in tre passi:

Costruzione di un sistema completo di tutte le librerie necessarie al suo funzionamento ed indipendente dagli aggiornamenti futuri del sistema operativo del cluster di Dipartimento

Collaudo e test su casi notevoli del modello al fine di trovare la combinazione più stabile di parametri di microfisica, dinamica e griglia

Avvio di una simulazione annuale su un dominio del quale sono disponibili i dati anemometrici provenienti da una torre gestita dal DIISM: confronto tra i dati numerici prodotti, con differenti risoluzioni di griglia, da WRF e MM5 e quelli sperimentali

20


Tutor ch mo prof renato ricci coordinatore del curriculum ch mo prof massimo paroncini

Università Politecnica delle Marche

Scuola di Dottorato in Scienze dell'Ingegneria

Curriculum Energetica

IMPLEMENTAZIONE DEL PROTOCOLLO

COMPILAZIONE DEL CODICE

La compilazione di WRF è molto delicata e sensibile alla versione delle librerie utilizzate. In particolare volendo l'uscita dei dai in formato NetCDF, quest'ultimo e WRF DEVONO essere compilati con lo stesso compilatore

21


Tutor ch mo prof renato ricci coordinatore del curriculum ch mo prof massimo paroncini

Università Politecnica delle Marche

Scuola di Dottorato in Scienze dell'Ingegneria

Curriculum Energetica

IMPLEMENTAZIONE DEL PROTOCOLLO

COMPILAZIONE DEL CODICE

Si è deciso di costruire un sistema il più possibile immune dalle necessarie procedure di aggiornamento del SO del cluster di Dipartimento ed implementare così un sistema “bundle”, cioè totalmente autonomo dalle librerie globali di sistema

22

22


Tutor ch mo prof renato ricci coordinatore del curriculum ch mo prof massimo paroncini

Università Politecnica delle Marche

Scuola di Dottorato in Scienze dell'Ingegneria

Curriculum Energetica

IMPLEMENTAZIONE DEL PROTOCOLLO

COMPILAZIONE DEL CODICE

Il risultato è stata l'implementazione di una serie di script (27) BASH che, eseguiti in ordine prestabilito, scaricano, scompattano, “patchano” e compilano tutti i pacchetti necessari alla installazione del codice WRF

23


Tutor ch mo prof renato ricci coordinatore del curriculum ch mo prof massimo paroncini

Università Politecnica delle Marche

Scuola di Dottorato in Scienze dell'Ingegneria

Curriculum Energetica

IMPLEMENTAZIONE DEL PROTOCOLLO

COMPILAZIONE DEL CODICE: dm+sm

00-build_openmpi-1.2.9.sh

01-build_jpeg-v6b.sh

02-build_zlib-1.2.3.sh

03-build_udunits-2.1.19.sh

04-build_szip-2.1.sh

05-build_hdf5-1.8.5.sh

06-build_libcurl-7.19.7.sh

07-build_netcdf-4.1.1.sh

08-build_HDF4-2r4.sh

09-build_jasper-1.900.1.sh

10-build_libpng-1.2.41.sh

11-build_g2clib-with-changes-1.1.9.sh

12-build_hdfeos2-16v1.sh

13-build-hdfeos5-1.11.sh

14-build_triangle.sh

15-unpack_ncarg-5.2.1.sh

16-build_openssl-1.0.0.sh

17-build_libxml2-2.7.6.sh

18-build_libdap-3.9.3.sh

19-build_libdapnc-3.7.4.sh

20-build_udunits1.sh

21-build_proj-4.7.0.sh

22-build_gdal-1.7.2.sh

23-build_ncarg-5.2.1.sh

24-build_netcdf-4.1.1.sh

25-build_WRF-3.2.1.sh

26-build_WPS-3.2.1.sh

24


Tutor ch mo prof renato ricci coordinatore del curriculum ch mo prof massimo paroncini

Onere computazionale

imposto dal CFL

QUOTE CENTRI CELLA

Griglia di calcolo:

dimensione minima

Dx,y=200m

Dt=30sec

Griglia di calcolo:

tradizionale

Dx,y=1000m

Dt=300sec

Università Politecnica delle Marche

Scuola di Dottorato in Scienze dell'Ingegneria

Curriculum Energetica

IMPLEMENTAZIONE DEL PROTOCOLLO

FASE DI TEST: PARAMETRI DI GRIGLIA

25


Tutor ch mo prof renato ricci coordinatore del curriculum ch mo prof massimo paroncini

SRTM

Gtopo30

D5: 24x200m=4.8Km

D4: 24x600m=14.4Km

D3: 24x1800m=43.2Km

D2: 24x5400m=129.6Km

D1: 24x16200m=388.2Km

30” SRTM SRTM SRTM SRTM

D5: 48x1000m=48Km

D4: 48x3000m=144Km

D3: 48x9000m=432Km

D2: 48x27000m=1296Km

D1: 48x81000m=3888Km

10m 5m 2m 30” 30”

Università Politecnica delle Marche

Scuola di Dottorato in Scienze dell'Ingegneria

Curriculum Energetica

IMPLEMENTAZIONE DEL PROTOCOLLO

FASE DI TEST: PARAMETRI DI GRIGLIA (Nesting)

26


Tutor ch mo prof renato ricci coordinatore del curriculum ch mo prof massimo paroncini

Griglia

20m

Griglia

200m

Griglia

1000m

Università Politecnica delle Marche

Scuola di Dottorato in Scienze dell'Ingegneria

Curriculum Energetica

IMPLEMENTAZIONE DEL PROTOCOLLO

FASE DI TEST: PARAMETRI DI GRIGLIA (Nesting)

27


Tutor ch mo prof renato ricci coordinatore del curriculum ch mo prof massimo paroncini

Università Politecnica delle Marche

Scuola di Dottorato in Scienze dell'Ingegneria

Curriculum Energetica

IMPLEMENTAZIONE DEL PROTOCOLLO

FASE DI TEST: Compilatore

Al termine della fase di preparazione del sistema “pacchettizzato” sono state condotte delle prove su dei casi notevoli al fine di testare la velocità di esecuzione in funzione dei compilatori disponibili. Sono stati provati il compilatore GNU e l'INTEL.

+20%

INTEL

GNU

28


Tutor ch mo prof renato ricci coordinatore del curriculum ch mo prof massimo paroncini

Università Politecnica delle Marche

Scuola di Dottorato in Scienze dell'Ingegneria

Curriculum Energetica

IMPLEMENTAZIONE DEL PROTOCOLLO

FASE DI TEST: Fisica

WRF

Stessi

Modelli di

Fisica

MM5

29


Tutor ch mo prof renato ricci coordinatore del curriculum ch mo prof massimo paroncini

Università Politecnica delle Marche

Scuola di Dottorato in Scienze dell'Ingegneria

Curriculum Energetica

IMPLEMENTAZIONE DEL PROTOCOLLO

FASE DI TEST: Scalabilità

Back casting

SMPAR

openMP

Run normale

DMPAR

MPI

Scalabilità

Una simulazione

Un nodo di calcolo

Una simulazione

Più nodi di calcolo

openMP

MPI

30


Tutor ch mo prof renato ricci coordinatore del curriculum ch mo prof massimo paroncini

Pre-processing

WPS

Ungrib

Geogrid

Metgrid

Run_WPS

Run_case

Run_WRF

Università Politecnica delle Marche

Scuola di Dottorato in Scienze dell'Ingegneria

Curriculum Energetica

IMPLEMENTAZIONE DEL PROTOCOLLO

ESECUZIONE DEL CODICE

Run

WRF

o/i

Real

namelist.wps

namelist.input

Wrf

31


Tutor ch mo prof renato ricci coordinatore del curriculum ch mo prof massimo paroncini

Università Politecnica delle Marche

Scuola di Dottorato in Scienze dell'Ingegneria

Curriculum Energetica

IMPLEMENTAZIONE DEL PROTOCOLLO

TEMPI DI ESECUZIONE

5h20'/dd

1h44'/dd

32


Tutor ch mo prof renato ricci coordinatore del curriculum ch mo prof massimo paroncini

AV

ppp_1

FT

prestazioni

ppp_2

Rose

ventosità

Weibull

Università Politecnica delle Marche

Scuola di Dottorato in Scienze dell'Ingegneria

Curriculum Energetica

IMPLEMENTAZIONE DEL PROTOCOLLO

ESECUZIONE DEL POST

33


Tutor ch mo prof renato ricci coordinatore del curriculum ch mo prof massimo paroncini

Università Politecnica delle Marche

Scuola di Dottorato in Scienze dell'Ingegneria

Curriculum Energetica

SIMULAZIONI NUMERICHE e DATI SPERIMENTALI

INDIVIDUAZIONE DEL DOMINIO DI CALCOLO

34


Tutor ch mo prof renato ricci coordinatore del curriculum ch mo prof massimo paroncini

Università Politecnica delle Marche

Scuola di Dottorato in Scienze dell'Ingegneria

Curriculum Energetica

SIMULAZIONI NUMERICHE e DATI SPERIMENTALI

TORRE ANEMOMETRICA CMC1

Anemometro a coppette e banderuola 44m

Anemometro sonico 40m

Anemometro a coppette e banderuola 30m

Anemometro a coppette 20m

Termometro 10m

35


Tutor ch mo prof renato ricci coordinatore del curriculum ch mo prof massimo paroncini

Università Politecnica delle Marche

Scuola di Dottorato in Scienze dell'Ingegneria

Curriculum Energetica

SIMULAZIONI NUMERICHE e DATI SPERIMENTALI

MEMORIZZAZIONE E TRATTAMENTO DATI

Raccolta

Dati

00:00 01 maggio 2009

10min TS

23:56 30 aprile 2010

Nomad 2

Data Logger

36


Tutor ch mo prof renato ricci coordinatore del curriculum ch mo prof massimo paroncini

Università Politecnica delle Marche

Scuola di Dottorato in Scienze dell'Ingegneria

Curriculum Energetica

SIMULAZIONI NUMERICHE e DATI SPERIMENTALI

MISURAZIONI

Max

Avr.

Std. Dev.

Time of Max

Anemometri a coppe U

Banderuole Dir

Avr.

Std. Dev.

Max

Avr.

Std. Dev.

Time of Max

Anemometro sonico U, V, W

Direzione sonico Dir

Avr.

Std. Dev.

Avr.

Std. Dev.

Termometro T

37


Tutor ch mo prof renato ricci coordinatore del curriculum ch mo prof massimo paroncini

Università Politecnica delle Marche

Scuola di Dottorato in Scienze dell'Ingegneria

Curriculum Energetica

SIMULAZIONI NUMERICHE e DATI SPERIMENTALI

MISURAZIONI: Analisi Dati

Stato di carica delle batterie

Blocchi dovuti al ghiaccio

Filtraggio di dati non validi:

- V<12Volt

- U<0.5m/s & StdDev=0 & TS>2

Dicembre 2009

Gennaio 2010

Febbraio 2010

38


Tutor ch mo prof renato ricci coordinatore del curriculum ch mo prof massimo paroncini

Università Politecnica delle Marche

Scuola di Dottorato in Scienze dell'Ingegneria

Curriculum Energetica

SIMULAZIONI NUMERICHE e DATI SPERIMENTALI

CONFRONTO TRA I DATI

30m sls

MM5

Mesoscale Model 5th Generation

WRF

Weather Research Forecast

GTOPO30

GTOPO30

SRTM

SRTM

Misure

Torre CMC1

39


Tutor ch mo prof renato ricci coordinatore del curriculum ch mo prof massimo paroncini

Università Politecnica delle Marche

Scuola di Dottorato in Scienze dell'Ingegneria

Curriculum Energetica

CONCLUSIONI

  • Con il presente lavoro è stato sviluppato un protocollo numerico,basato sul modello fluidodinamico di mesoscala WRF, per lo studioanemologico di aree ad orografia complessa;

  • Il lavoro di implementazione del protocollo, che ha previstolo sviluppo di una serie codici di pre e post processamento,è stato testato per lo studio del vento in aree a orografiacomplessa adottando delle modifiche per l'utilizzo con i formatidi "terrain“ ad alta risoluzione SRTM;

  • Sono state condotte simulazioni numeriche annuali su un

  • dominio di calcolo con una torre anemometrica gestita dal

  • DIISM dell'UNIVPM. Dal confronto dei numerici con gli sperimentalisi è visto che:

  • Il valore della velocità media annuale prevista da WRF, affetto da uno scostamento del 4.3% rispetto al valore mediomisurato dall'anemometro della torre, risulta nettamentemigliore di quello previsto da MM5, il quale si scosta dalvalore di riferimento sperimentale del 19.3%;

  • purtroppo si nota un non altrettanto buon comportamentodi WRF, rispetto a MM5, per ciò che riguarda gli andamentidelle temperature a 10m sls. In questo caso MM5 forniscedei valori di medie mensili e di andamenti giornalieri moltopiù aderenti a quelli forniti dal termometro della torre;

  • per quanto riguarda le direzioni di provenienza dei venti,si nota che entrambi i modelli forniscono stime di angoliruotati in verso antiorario. In particolare a 30m sls, MM5fornisce dei valori di direzione che si scostano in media di22.5° mentre WRF ha in generale una deviazione di circa 45°.

40


Tutor ch mo prof renato ricci coordinatore del curriculum ch mo prof massimo paroncini

Università Politecnica delle Marche

Scuola di Dottorato in Scienze dell'Ingegneria

Curriculum Energetica

SVILUPPO

I risultati forniti da WRF sono stati confortanti in relazione alla stima della velocità media annuale, ma richiedono certamente ulteriori indagini al fine di capire i motivi che sono alla base della scarsa efficacia nella determinazione delle temperature e della provenienza dei venti. In ogni caso essi sono tali da incoraggiare sia il prosieguo del lavoro di sviluppo dei codici di pre e post processamento, sia e soprattutto il lavoro di sperimentazione dei nuovi modelli di parametrizzazione. Questi sono infatti continuamente aggiornati e potenziati dalla comunità scientifica che cura lo sviluppo di WRF. Risulta pertanto di notevole importanza testarne l'efficacia numerica, e l'individuazione dei più adatti allo studio della ventosità delle aree ad orografia complessa.

41


Tutor ch mo prof renato ricci coordinatore del curriculum ch mo prof massimo paroncini

Università Politecnica delle Marche

Scuola di Dottorato in Scienze dell'Ingegneria

Curriculum Energetica

Fine della Presentazione

42


  • Login