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海洋能源设备若能经受住海洋的恶劣环境，便会有潜力提供巨大的能量。要将波浪能转化为电能，就需要创新性的系统设计，然而，挑战在于，海洋浩瀚无垠、复杂多变，在偏远海域部署装备也需要高昂成本。 , u# [2 g; m$ C7 Q1 R
由美国能源部（DOE）下属的国家可再生能源实验室（NREL）、太平洋西北国家实验室（PNNL）和桑迪亚国家实验室（Sandia）共同开发的海洋和水动力工具包（MHKiT），在评估海洋可再生能源（MRE）突破性技术及其在不同水文条件中的性能方面，能够显著节约时间和资金成本。
# D! Z# N5 A* u" w* _ 仅少量的MRE 就能为大约2200万户美国家庭提供充足电力，那么研究人员与开发人员是如何克服困难、充分发挥MRE潜力的？部分解决方案在于利用实际数据和模型数据观测波浪、洋流以及电力生产。MHKiT提供了所需的数据验证和标准化分析工具，从而帮助研发人员做出科学决策，充分利用来自海洋的潜在清洁能源。 - P4 W. @; C7 X( u" L/ b
近日，针对MATLAB 编程平台构建的MHKiT 版本（MHKiT-MATLAB）已获更新，该版本受到工业工程师与高校科研人员的广泛应用，允许用户模拟极端海况、实现河流流动与湍流等理论数据的可视化。与此同时，针对Python 编程平台构建的MHKiT版本（MHKiT-Python）也已更新，该版本提供对多维数据的额外支持，多维数据通常由沿海数据信息计划（CDIP）以及国家海洋和大气管理局（NOAA）生成。
3 w N) V8 l' m* h/ v “MHKiT-MATLAB 的新功能，让更多开发人员能够实现测量数据的标准化，”MHKiT-MATLAB 开发人员、NREL 数据科学家Andrew Simms 说道：“不仅能揭示各地的能源数量与湍流程度，还能使研发人员深入探究现场条件，这有望推动潮汐涡轮机技术发展，使其能够在未来长期稳定运行。” % r) U8 W' D) [& K
上述的两个版本的工具包都提供相应代码，以充分发挥MRE 潜力。其中一项功能，就是帮助研发人员模拟恶劣的海洋环境，比如异常汹涌、巨大的波浪、涌浪等。其他模块， 则使研发人员能够根据声学多普勒流速剖面仪的测量数据， 对河流和潮汐流动数据进行深入分析。该软件包还帮助研究人员分析新技术是否满足国际电工委员会规定的功率性能、功率质量、机械负荷和资源规范，以及是否满足特定海洋场址和环境的要求。 MHKiT 的可复现代码示例在原始测量、标准化分析等各个阶段都对用户起指导作用。这款免费、开源的软件套件让用户可以完全访问MHKiT 工具，允许开发人员以标准化方式处理数据，同时，开发人员还能对各个分析步骤形成深刻认识，并在此过程中给出反馈。绘制新的数据图表6 D# V& @6 w. r0 [" g7 R
随着该工具包的更新，如今，许多在MATLAB 环境中工作的研究人员、设计人员和开发人员，都能利用MHKiT 来扩大MRE 建模与分析的研究范围，同时为工具的持续改进做出贡献。MHKiT-MATLAB (v0.5.0) 的新特性就是为建模极端海洋环境提供支持，还能利用Delft3D 建模生成河流涡轮机的可视化效果。 MHKiT-Python（v0.8.2）则实现功能改进与功能扩展，对波峰和交叉海况等重大海浪事件的识别分析能力得到提升，对单个波高的计算能力得到增强。用于处理多普勒海洋学数据的Python 库（DOLfYN 模块），新增高度表支持功能，能更好地处理Nortek 软件所收集的数据（Nortek 是CDIP 和NOAA 的标准配置），还能为原始数据接口（RDI）文件提供更有力的支持。其他更新功能增强对维度数据（NetCDF）的处理分析，同时简化基于Python 的开发流程。顺应协作浪潮 提升工具性能7 d, y6 \: f5 W( m1 T
“没错，MHKiT 是款强大的工具包，能提供标准化且经过验证的代码、软件和数据，让研发人员能够控制分析质量，”NREL 的MHKiT-MATLAB 开发人员Chris Ivanov 如是说道：“不过，MHKiT 真正的强大之处在于背后群体协作的不断贡献，来自世界各地、各个国家的协作伙伴，不仅协助我们识别未来功能的开发方向，还在新的应用场景和不断演进的系统设计中对模块进行测试，从而推动MHKiT 的持续改进。”
# |6 g* l0 I/ k5 N$ E 自2020 年发布以来，MHKiT 的下载量已超过2.9 万次，有超过30 名合作伙伴为塑造MHKiT 的强大功能提供了功能和文档支持。最近，这个多元化团队专注于单元测试、持续集成和代码审查，以确保软件的持续更新，同时维持其有效性和可靠性。 单元测试能确保工具包的每个组件都能正确运行，持续集成能自动评估并整合变更，定期代码审查有助于识别和解决问题，从而提升整体代码质量。展望未来 把握新机遇* f; l2 f0 A* s3 a
由DOE的水电技术办公室资助，MHKiT 数据和软件工具配备清晰全面的示例，展示如何执行多种多样的分析任务。MHKiT 开发团队计划在未来的Python 和MATLAB 版本中，扩展和优化示例笔记本，构建声学监测模块，持续提升工具的整体功能和性能。 * f, K0 c4 C$ W" g0 M
“之前，大多数MRE 开发人员都被迫自行开发工具来处理分析数据，”Simms 说道：“如今，MHKiT 让每个开发人员都能在数据分析方面赢得先机。如果能让分析工作变得尽可能轻松省力，那么开发人员就能将更多时间用于制造更优质的设备。”  END* |: w7 c5 Q6 \. K' v
来源：NREL官网 6 K4 k* N0 p; ~8 P& ^5 N" A7 }
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