Calcolo ad alte prestazioni per parchi eolici a efficienza elevata
Per poter conseguire l’obiettivo di diventare il primo continente a zero impatto sul clima entro il 2050, l’Europa deve migliorare il suo sistema energetico, che genera al momento più di tre quarti di tutte le emissioni di gas a effetto serra. Consapevole del fatto che le fonti rinnovabili risultano fondamentali a tal fine, l’UE si prefigge di innalzarne la quota impiegata dalla percentuale approssimativa del 20 %, registrata nel 2019, sino a raggiungere il 40 % entro il 2030. «L’energia eolica è ben posizionata per configurarsi come l’energia rinnovabile di elezione dell’Europa», afferma Atanas Popov, docente di ingegneria presso l’Università di Nottingham. «Essa rappresenta già il 15 % dell’elettricità europea e offre vantaggi quali scalabilità, efficienza in termini di costi e pronta disponibilità.» Il problema è che l’Europa non sta sviluppando una capacità di energia eolica sufficiente a raggiungere i propri obiettivi. Secondo WindEurope, nel 2021 l’UE ha sviluppato solamente 11 GW di nuove centrali eoliche e si propone di aggiungerne 18 all’anno tra il 2022 e il 2026. Per raggiungere l’obiettivo relativo all’energia rinnovabile entro il 2030, tuttavia, è necessario incrementare la capacità di energia eolica di 30 GW ogni anno. Per affrontare questa sfida entrano in gioco iniziative come il progetto HPCWE, finanziato dall’UE, che intende avvalersi del calcolo ad alte prestazioni (HPC, high-performance computing) per aumentare l’efficienza dei parchi eolici e, così facendo, incrementare la diffusione dell’energia eolica. «Il nostro scopo era quello di sfruttare gli ultimi progressi nel campo dell’HPC per comprendere meglio la fisica alla base della corrente atmosferica, che influenza il comportamento e le prestazioni delle turbine e degli impianti eolici», spiega Popov, che ricopre il ruolo di coordinatore del progetto.
Una rete eurobrasiliana per l’energia eolica
Per massimizzare l’impatto esercitato dal progetto i ricercatori dell’UE hanno collaborato con alcuni colleghi in Brasile, paese al momento al 9º posto a livello mondiale per quanto riguarda la capacità eolica. Il paese sta inoltre registrando una crescita annua pari al 10 % e conta quasi 500 centrali eoliche già in funzione. «Istituendo una rete eurobrasiliana per l’energia eolica che riunisce università, aziende e società di consulenza, siamo stati in grado di realizzare e collaudare strategie HPC al di là dello stato dell’arte per la simulazione numerica del flusso del vento nello sfruttamento dell’energia eolica», aggiunge Popov.
Verso parchi eolici più efficienti
Sfruttando le competenze di queste due regioni geografiche, il progetto è riuscito a dimostrare un impiego efficace ed efficiente dell’HPC per le simulazioni relative all’energia eolica. In particolare, HPCWE ha sviluppato e implementato una serie di algoritmi innovativi che hanno permesso di creare nuove soluzioni finalizzate alla verifica, alla convalida, alla quantificazione dell’incertezza e all’interpretazione in loco dei dati scientifici. Un altro risultato chiave è stata la precisa e uniforme integrazione nei modelli e nelle simulazioni delle varie scale temporali e geospaziali coinvolte nel comportamento strutturale della corrente atmosferica e delle turbine eoliche. I ricercatori hanno inoltre messo in atto con successo nuovi metodi, tra cui strumenti software, per la gestione di grandi insiemi di dati. «Questi risultati si dimostreranno senza dubbio di utilità per il settore e altre parti interessate», afferma Popov. «Ad esempio, gli strumenti HPC sviluppati nel corso del progetto daranno una nuova forma a numerose pratiche industriali e attività di R&S diffuse nel settore dell’energia eolica.» Inoltre, i fornitori di servizi per risorse HPC potranno avvalersi dei risultati del progetto al fine di migliorare le prestazioni e l’efficienza energetica associate alla simulazione dei fluidi nell’energia eolica, mentre le organizzazioni di ricerca avranno la possibilità di usare gli innovativi algoritmi sviluppati da HPCWE per simulare nuovi problemi di maggiore entità relativi a tale tipo di energia. «Il nostro lavoro ha gettato le fondamenta per realizzare simulazioni ed esperimenti più avanzati che miglioreranno in definitiva l’efficienza delle turbine e degli impianti eolici, promuovendo di conseguenza la diffusione dell’energia eolica», conclude Popov.
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