好风凭借力：高性能计算代码推动可再生能源行业的发展

一家英国公司使用 NVIDIA GPU 对风电场进行详细的模拟，为自己、为客户以及未来的净零排放开辟了更广阔的前景。

北海的 140 台涡轮发动机以及一些位于云端的 GPU 为 David Standingford 和 Jamil Appa 的梦想插上了翅膀。

作为同在一家英国航空公司工作的同事，他们有着共同的梦想：创办公司，并将其在高性能计算方面的专业知识应用到多个行业。

他们创立了 Zenotech，并将所学到的计算流体动力学知识编入 zCFD 软件 。他们还构建了名为 EPIC 的工具，用于简化 zCFD 和其他高性能计算工作在公有云最新硬件上的运行。

但由于缺乏大型、公开的数据集来展示其工具用途，因此 Zenotech 很难在英国布里斯托尔以外的地方引起关注。

风电场数据采集

他们面临的问题与风能行业的问题不谋而合。

由于政府对风电场的补贴减少，投资者要求对项目的潜在投资回报进行更深入的分析，这是传统工具无法做到的。英国政府的一个项目为 Zenotech 与可再生能源领域的咨询公司和南苏格兰电力公司（SSE）牵线搭桥。SSE 是英国大型公用事业公司，该公司愿意分享全球最大的风电场之一，北海风电场的数据。

Zenotech 模拟了 SSE 的 Greater Gabbard 风电场，这座风电场是北海众多风电场中最大的一座。

Zenotech 使用 zCFD 模拟了该风电场 140 台涡轮发动机的能源产量。它考虑了几十种风速和风向，包括此前未被追踪过的关键现象，例如涡轮发动机相互之间的综合影响。

Zenotech 董事兼联合创始人 Standingford 表示：“风电场周围的这些‘尾流’和‘堵塞’效应甚至可以影响大气气流。”

zCFD 还可以追踪像是附近森林中的树木落叶，这种地形对风所产生的细微但重要的影响。

根据 SSE 的验证，最终模拟结果与该公司的测量数据相差不到 2%，这为 zCFD 提供了非常宝贵的参考。

云端加速

此外，Zenotech 还展示了云端 GPU 如何快速、经济地交付结果。

例如该公司在最近的 GTC 大会上表示，zCFD 在 NVIDIA A100 Tensor Core GPU 上的运行速度是在 CPU 上的 43 倍，而成本却只有四分之一。NVIDIA NCCL 库可加速 GPU 系统之间的通信，使获得结果的速度再提升 15%。

Zenotech 在 NVIDIA GPU（左图中的绿色）与 CPU（蓝色）以及带有和不带有 NCCL 库的 GPU 集群（右图）上进行了 zCFD 基准测试。

Standingford 表示，根据测试结果，在 CPU 上耗时 5 小时以上的工作在 GPU 上只需不到 50 分钟。细致分析风的微妙影响并在一天内完成报告，“引起了人们的关注”。

他在该项目的报告中总结：“现在整个行业都能用得起和用得上高保真模拟风能项目所需的工具和算力。”

减少碳排放，缓解气候变化

Farah Hariri 负责帮助 NVIDIA 客户实现净零排放转型。作为该团队的技术负责人，她指出风能发电是减少碳排放最大且最具成本效益的途径。

“ zCFD 通过对尾流相互作用和堵塞效应进行建模，帮助风电场以最小的安装成本获取最大的能量。”

Everose 是该项目中与 Zenotech 合作的咨询公司。该公司的合伙人 Richard Whiting 表示，这种快速而详细的分析降低了投资者的风险，使风电场在经济效益上比传统能源更具有吸引力。

展望未来，Whiting 预计，到 2030 年全球风电场的规模可能超过 2100 吉瓦，相比 2020 年增长 3 倍。这将给许多领域带来更多的机会。

他还补充道：“我们预计未来的项目将使用更大的涡轮发动机阵列，所以建模的难度也会越来越大。”

缓解气候变化领域迎来更多商业机会

Zenotech 帮助许多可再生能源项目落地，这也让公司业务一帆风顺。

在得到 SSE 的分析结果后，该公司已参与了至少 10 个项目的风电场或涡轮发动机设计工作，这些项目均位于欧洲和亚洲。现在，Zenotech 有一半的业务拓展到英国之外。

随着公司扩张，Zenotech 也在重新审视其在航空领域的根基，推动无人机和空中出租车等新型业务的发展。

多管齐下

卡迪夫机场正在支持新兴公司开展现场试验，这些公司在云端 GPU 上使用 zCFD 来预测城市环境中的风向变化，从而制定安全、高效的路线。

Standingford 表示：“这种方法使用当前的空域管理来规划空中出租车、机场自动安检等未来的服务，十分具有前瞻性。”

“小型飞机平台出现了大量创新，我们正在与领先的平台制造商和英国的主要站点开展合作。”

这也是 Zenotech 把握风向、顺势发展的途径。