Aceleración del modelo WRF en arquitecturas multi- y many-cores:aplicación al desarrollo de un modelo operativo de desconexión de parques eólicos por ráfagas

Uruguay se encuentra en un proceso de modificación de su matriz energética. En los últimos 10 años, basado en distintas reglamentaciones y apoyos gubernamentales, se ha dado un importante impulso a la generación de energía eólica (actualmente 841MW). Además, en el último año se han concretado nuevas instalaciones para la generación de energía de origen solar (se tienen cuatro plantas fotovoltaicas que suman 78.5MW). Para apoyar esta tendencia, investigadores del Instituto de Mecánica de los Fluidos e Ingeniería Ambiental (IMFIA) y el Instituto de Computación (INCO) de la Facultad de Ingeniería (FING) han desarrollado herramientas para predecir la energía generada para ambas fuentes renovables. Estas herramientas, se basan principalmente en la ejecución de modo operativo de un modelo numérico de circulación regional de la atmósfera, el WRF. Los importantes volúmenes de cálculo implicados por las herramientas limitan posibles mejoras, por ejemplo en el refinamiento de las grillas o la utilización de modelos físicos más complejos, lo que repercute directamente en los niveles de precisión alcanzados. Se propone entonces estudiar la aceleración del WRF mediante el diseño, implementación y validación de una variante del modelo capaz de ejecutar diversos módulos en forma concurrente, logrando así utilizar plataformas de hardware multi-many core de manera eficiente. Por otro lado, la puesta en funcionamiento de diversos parques eólicos ha puesto de manifiesto la necesidad de predecir la desconexión de los aerogeneradores ante ráfagas de vientos ya que, durante las mismas se alcanzan puntos altos de generación pero se aumenta la probabilidad de ocasionar daños en las maquinarias. Esta situación, es resuelta en los aerogeneradores mediante la definición de una velocidad límite (según el fabricante, generalmente en el entorno de los 25 m/s) que cuando es superada provoca que el aerogenerador pase a un estado apagado. Esto implica que ocasionalmente los parques pasen de niveles máximos de generación a valores nulos con los consiguientes problemas tanto en el aspecto de planificación energética como de inestabilidad de la red. La modelación de ráfagas no se da de modo explícito en el modelo numérico WRF, ya que las escalas espaciales y temporales de estos fenómenos son menores que las escalas resueltas explícitamente por el modelo. Sin embargo, es posible parametrizar algunos eventos como tormentas convectivas y vórtices térmicos de modo de inferir el valor de las ráfagas y de este modo predecir eventos de desconexión. Estudios preliminares que se realizaron en nuestro entorno mostraron que el uso de estas técnicas ofrece resultados sumamente alentadores. Por el contrario, el detalle y la precisión de los procesos físicos involucrados hacen prohibitivo su uso en un contexto operativo, se espera que los avances en el uso de técnicas de HPC, junto con un estudio más detallado de los procesos físicos involucrados, permitan su abordaje de manera satisfactoria.