СПОСОБ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПОГОДЫ, УСТРОЙСТВО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПОГОДЫ И УСТРОЙСТВО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОЗДУХА
WEATHER FORECASTING METHOD, WEATHER FORECASTING DEVICE AND DEVICE FOR USING AIR

Ссылка на родственные заявки
Эта заявка является международной заявкой PCT/JP2013/070400, поданной 28 июля 2013, которая испрашивает в соответствии с приоритетом японской заявки JP2012-170656, поданной 31 июля 2012. Во всей своей полноте вышеуказанные заявки включены посредством ссылки и являются частью настоящей заявки.
Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Настоящее изобретение относится к способу прогнозирования погоды и устройству прогнозирования погоды для воспроизведения, с помощью прошлых данных о погоде, данных о погоде в области, которая меньше, чем область, соответствующая прошлым данным о погоде. Более конкретно, изобретение относится к способу прогнозирования погоды и устройству прогнозирования погоды для воспроизведения данных о погоде для того, чтобы проектировать устройство использования воздуха, которое должно быть размещено в местоположении, в котором данные наблюдений о погоде недоступны, а также к такому устройству использования воздуха.
Уровень техники
[0002] Известно устройство использования воздуха, которое размещается на открытом воздухе под воздействием окружающих погодных условий и которое использует воздух в качестве источника энергии нагрева или источника энергии охлаждения, источника мощности и/или реагента. В качестве устройства использования воздуха, которое использует воздух в качестве источника охлаждающей энергии, известен ребристый воздушный охладитель, например. В качестве устройства использования воздуха, которое использует воздух в качестве источника электрической мощности, известен ветровой генератор. В качестве устройства использования воздуха, которое использует воздух в качестве реагента, известна газовая турбина, вызывающая реакцию горения, или реактор, вызывающий реакцию преобразования окисления.
[0003] В промышленных отраслях ротаторы, теплообменники, сосуды высокого давления и т.п. проектируются так, что они могут работать безопасно в пределах конкретных уровней давления и температур, называемых расчетным давлением и расчетной температурой, соответственно. Если фактическая рабочая температура превышает расчетную температуру, трудно добиваться желаемого уровня производительности. Например, в случае газовой турбины, фактическая выходная мощность становится ниже, чем желаемая выходная мощность, а в случае теплообменника охлажденного воздуха фактическая величина теплообмена становится ниже желаемой величины теплообмена.
[0004] Соответственно, для того чтобы проектировать устройство использования воздуха, обычно, температура в окружающей обстановке местоположения, в которой устройство использования воздуха будет размещено, измеряется в этом местоположении, и расчетная температура определяется на основе измеренной температуры.
[0005] Например, объем газа, выпускаемого из газовой турбины, является функцией погодных условий (температуры, атмосферного давления и влажности) в местоположении, в котором расположена газовая турбина. Соответственно, раскрыт способ оценки объема газа, выпускаемого из газовой турбины посредством формирования отчета об объеме выводимого выхлопа, включающего в себя уровни выбросов, на основе множества групп данных о погоде (см. ниже, Патентный документ PTL1). В раскрытом способе оценки, когда пользователь хочет получить прогнозы погодных условий, выполняется доступ, например, к погодной системе третьей стороны, и данные от погодных служб интерполируются вместе с принятыми данными, таким образом прогнозируя погодные условия вокруг газовой турбины. В раскрытом способе оценки погода прогнозируется таким способом, если будущие данные о погоде недоступны.
[0006] Также раскрыты прогнозы погоды, использующие погодные моделирования (см. ниже, Патентный документ PTL2) или технологии, касающиеся прогнозирования диффузии радиоактивных материалов (см. ниже, Патентный документ PTL3).
Список библиографических ссылок
Патентные документы
[0007] Патентный документ PTL1: Публикация не прошедшей экспертизу заявки на патент (Япония) номер 2009-62983
Патентный документ PTL2: Публикация не прошедшей экспертизу заявки на патент (Япония) номер 2010-60443
Патентный документ PTL3: Публикация не прошедшей экспертизу заявки на патент (Япония) номер 2005-283202
Сущность изобретения
Техническая задача
[0008] Как описано выше, при измерении температуры и направления ветра в области, в которой устройство использования воздуха будет размещено, требуются измерения в течение нескольких лет, поскольку необходимо проектировать устройство использования воздуха, учитывая влияние годичного изменения, например наблюдается или нет явление Эль-Ниньо. Однако, если нет данных за прошлые года, устройство использования воздуха должно быть спроектировано на основе данных низкой точности об окружающей среде, поскольку трудно измерять температуру и направление ветра за несколько лет в будущем от настоящего момента времени.
[0009] Патентный документ PTL1 раскрывает то, что заранее предпринимаются определенные меры с использованием информации о погоде с тем, чтобы предотвращать возникновение выброса с отклонением в системе сгорания во время работы для уменьшения величины выброса NOx. Целью Патентного документа PTL2 или PTL3 является прогнозирование будущих погодных условий, например прогноз погоды или прогноз диффузии опасных материалов. Соответственно, Патентного документа PTL1-PTL3 вообще не раскрывают то, что погода прогнозируется с помощью погодных моделей с целью проектирования устройства использования воздуха.
Решение задачи
[0010] Варианты осуществления для решения вышеупомянутых проблем реализованы как первый набор, показанный в последующих наборах элементов.
[0011] Элемент А1. Способ прогнозирования погоды для прогнозирования погоды посредством проведения погодных моделирований для того, чтобы проектировать устройство использования воздуха, которое помещается на открытом воздухе под влиянием окружающих погодных условий и которое использует воздух в качестве одного из источника тепловой энергии, и реагента, способ прогнозирования погоды включает в себя:
выбор, из множества элементов информации о погоде, которые относятся к областям и моментам времени и которые включают в себя, по меньшей мере, температурные данные, множества наборов информации о погоде, относящихся к множеству моментов времени в течение фиксированного периода, касающихся первой области, содержащей местоположение, в котором размещается устройство использования воздуха;
решая, с помощью выбранного множества наборов информации о погоде в качестве входных данных, дифференциальные уравнения, выражающие информацию о погоде на основе моделей анализа, используемых для проведения моделирований погоды, формирование множества первых наборов информации о погоде в локальной области, относящихся к множеству вторых областей, которые расположены в пределах первой области и которые меньше, чем первая область;
выбор второго набора информации о погоде в локальной области, касающегося второй области, содержащей местоположение устройства использования воздуха, среди сформированного множества первых наборов информации о погоде в локальной области; и
формирование распределения накопленной повторяемости температуры или распределения вероятности превышения температуры в течение фиксированного периода с помощью данных о температуре, содержащихся во втором наборе информации о погоде в локальной области, для того чтобы вычислять расчетную температуру устройства использования воздуха.
Элемент А2. Способ прогнозирования погоды согласно элементу А1 дополнительно включает в себя:
вывод распределения накопленной повторяемости температуры или распределения вероятности превышения температуры,
при этом распределение накопленной повторяемости температуры или распределение вероятности превышения температуры включает в себя по меньшей мере одно из следующего в качестве расчетной температуры
(a) температуру, при которой накопленная повторяемость, указанная посредством распределения накопленной повторяемости температуры, превышает, по меньшей мере, 50%,
(b) температуру, при которой вероятность превышения, указанная посредством распределения вероятности превышения температуры, меньше, чем, по меньшей мере, 50%, и
(c) температуру, полученную посредством добавления температурного допуска к температуре, при которой накопленная повторяемость превышает 50%, или температуре, при которой вероятность превышения меньше 50%.
Элемент A3. Способ прогнозирования погоды согласно элементу А1, дополнительно включает в себя:
вычисление метеорологической информации полевых измерений, касающейся области, меньшей, чем вторая область, соответствующая второй области, соответствующей второй информации о погоде в локальной области, посредством вычисления второй информации о погоде в локальной области с использованием трехмерных гидрогазодинамических уравнений.
Элемент А4. Способ прогнозирования погоды согласно элементу A3 дополнительно включает в себя:
вычисление, с использованием метеорологической информации полевых измерений, потока, в котором нагретый воздух, выпущенный из устройства использования воздуха, возвращается и рециркулирует в блоке всасывания устройства использования воздуха.
Элемент А5. Способ прогнозирования погоды согласно элементу А4 дополнительно включает в себя:
этап определения температурного допуска на основе потока.
Элемент А6. Способ прогнозирования погоды согласно элементу А1, при этом этап формирования первых наборов информации о погоде в локальной области дополнительно включает в себя повторное вычисление первых наборов информации о погоде в локальной области с использованием данных наблюдений, указывающих, по меньшей мере, одно из направления ветра, скорости ветра и температуры в области, соответствующей информации о погоде.
Элемент А7. Способ прогнозирования погоды согласно элементу А1, в котором первая информация о погоде в локальной области и вторая информация о погоде в локальной области являются трехмерными данными и указывают, по меньшей мере, одно из направления ветра, скорости ветра, энергии турбулентности, солнечной радиации, атмосферного давления, осадков, влажности и температуры.
Элемент А8. Устройство прогнозирования погоды для прогнозирования погоды посредством проведения погодных моделирований для того, чтобы проектировать устройство использования воздуха, которое размещается на открытом воздухе под воздействием окружающих погодных условий и которое использует воздух в качестве одного из источника тепловой энергии, и реагента, устройство прогнозирования погоды включает в себя:
секцию хранения, которая хранит в себе множество элементов информации о погоде, которые относятся к областям и моментам времени и которые включают в себя, по меньшей мере, температурные данные; и
процессор, который выбирает из множества элементов информации о погоде множество наборов информации о погоде, которые относятся к множеству моментов в течении фиксированного периода, касающегося первой области, содержащей местоположение, в котором размещается устройство использования воздуха
который формирует множество первых наборов информации о погоде в локальной области, относящихся к множеству вторых областей, которые расположены в первой области и которые меньше, чем первая область, посредством решения, с помощью выбранного множества наборов информации о погоде в качестве входных данных, дифференциальных уравнений, выражающих информацию о погоде на основе моделей анализа, используемых для проведения моделирований погоды, который выбирает второй набор информации о погоде в локальной области, касающийся второй области, содержащей местоположение устройства использования воздуха, из сформированного множества первых наборов информации о погоде в локальной области и который формирует распределение накопленной повторяемости температуры или распределение вероятности превышения температуры в течение фиксированного периода с помощью температурных данных, содержащихся во втором наборе информации о погоде в локальной области, для того чтобы вычислять расчетную температуру устройства использования воздуха.
Элемент А9. Устройство прогнозирования погоды согласно элементу А8, при этом:
распределение накопленной повторяемости температуры или распределение вероятности превышения температуры включает в себя одно из следующего, в качестве расчетной температуры
(a) температуру, при которой накопленная повторяемость, указанная посредством распределения накопленной повторяемости температуры, превышает, по меньшей мере, 50%,
(b) температуру, при которой вероятность превышения, указанная посредством распределения вероятности превышения температуры, меньше, чем, по меньшей мере, 50%, и
(c) температуру, полученную посредством добавления температурного допуска к температуре, при которой накопленная повторяемость превышает 50%, или температуре, при которой вероятность превышения меньше 50%; и
процессор выводит распределение накопленной повторяемости температуры или распределение вероятности превышения температуры.
Элемент А10. Устройство прогнозирования погоды согласно элементу А8, при этом процессор вычисляет метеорологическую информацию полевых измерений, касающуюся области, меньшей, чем вторая область, соответствующая второй области, соответствующей второй информации о погоде в локальной области, посредством вычисления второй информации о погоде в локальной области с использованием трехмерных гидрогазодинамических уравнений.
Элемент А11. Устройство прогнозирования погоды по элементу А10, при этом процессор вычисляет, с использованием метеорологической информации полевых измерений, поток, в котором нагретый воздух, выпущенный из устройства использования воздуха, возвращается и рециркулирует в блоке всасывания устройства использования воздуха.
Элемент А12. Устройство прогнозирования воздуха согласно элементу А11, при этом процессор определяет температурный допуск на основе потока.
Элемент А13. Устройство прогнозирования погоды согласно элементу А8, при этом на этапе формирования первых наборов информации о погоде в локальной области процессор повторно вычисляет первые наборы информации о погоде в локальной области с использованием данных наблюдений, указывающих, по меньшей мере, одно из направления ветра, скорости ветра и температуры в области, соответствующей информации о погоде.
Элемент А14. Устройство прогнозирования погоды согласно элементу А8, при этом первая информация о погоде в локальной области и вторая информация о погоде в локальной области являются трехмерными данными и указывают, по меньшей мере, одно из направления ветра, скорости ветра, энергии турбулентности, солнечной радиации, атмосферного давления, осадков, влажности и температуры.
Элемент А15. Устройство использования воздуха, которое размещается на открытом воздухе под воздействием окружающих погодных условий и которое использует воздух в качестве одного из источника тепловой энергии, и реагента, устройство использования воздуха включает в себя:
блок всасывания, который всасывает воздух;
операционный блок, который выполняет одно из теплообмена и реакции с помощью воздуха, всасываемого посредством блока всасывания; и
блок выпуска, который выпускает газ, испускаемый посредством одной из операций теплообмена, при этом
из множества элементов информации о погоде, которые относятся к областям и моментам времени и которые включают в себя, по меньшей мере, температурные данные, выбираются множество наборов информации о погоде, относящихся к множеству моментов времени в течение фиксированного периода, касающиеся первой области, содержащей местоположение, в котором размещается устройство использования воздуха;
решая, с помощью выбранного множества наборов информации о погоде в качестве входных данных, дифференциальные уравнения, выражающие информацию о погоде на основе моделей анализа, используемых для проведения моделирований погоды, формируется множество первых наборов информации о погоде в локальной области, относящихся к множеству вторых областей, которые расположены в пределах первой области и которые меньше, чем первая область,
второй набор информации о погоде в локальной области, касающийся второй области, содержащей местоположение устройства использования воздуха, выбирается среди сформированного множества первых наборов информации о погоде в локальной области,
формируется распределение накопленной повторяемости температуры или распределение вероятности превышения температуры в течение фиксированного периода с помощью данных о температуре, содержащихся во втором наборе информации о погоде в локальной области, для того чтобы вычислять расчетную температуру устройства использования воздуха, и
устройство использования воздуха проектируется на основе расчетной температуры, выбранной из
(a) температуры, при которой накопленная повторяемость, указанная посредством распределения накопленной повторяемости температуры, превышает, по меньшей мере, 50%,
(b) температуры, при которой вероятность превышения, указанная посредством распределения вероятности превышения температуры, меньше, чем, по меньшей мере, 50%, и
(c) температуры, полученной посредством добавления температурного допуска к температуре, при которой накопленная повторяемость превышает 50%, или температуре, при которой вероятность превышения меньше 50%.
Элемент А16. Устройство использования воздуха согласно элементу А15, при этом устройство использования воздуха проектируется на основе расчетной температуры, полученной посредством вычисления второй информации о погоде в локальной области с использованием трехмерных гидрогазодинамических уравнений и посредством вычисления метеорологической информации полевых измерений, касающейся области, меньшей, чем вторая область, соответствующая второй области, соответствующей второй информации о погоде в локальной области.
Элемент А17. Устройство использования воздуха согласно элементу А15, при этом устройство использования воздуха проектируется на основе расчетной температуры, полученной посредством вычисления, с использованием метеорологической информации полевых измерений, потока, в котором нагретый воздух, выпущенный из устройства использования воздуха, возвращается и рециркулирует в блоке всасывания устройства использования воздуха, и посредством выбора температурного допуска на основе потока.
Элемент А18. Устройство использования воздуха согласно элементу А15, при этом на этапе формирования первых наборов информации о погоде в локальной области первые наборы информации о погоде в локальной области повторно вычисляются с использованием данных наблюдений, указывающих, по меньшей мере, одно из направления ветра, скорости ветра и температуры в области, соответствующей информации о погоде.
[0012] Варианты осуществления для решения вышеупомянутых проблем реализованы как второй набор, показанный в следующих наборах элементов.
[0013] В1. Способ прогнозирования погоды для прогнозирования погоды посредством проведения погодных моделирований для того, чтобы проектировать устройство использования воздуха, которое помещается на открытом воздухе под влиянием окружающих погодных условий и которое использует воздух в качестве одного из источника тепловой энергии, источника мощности и реагента, способ прогнозирования погоды включает в себя:
выбор, из множества элементов информации о погоде, которая включает в себя, по меньшей мере, данные о направлении ветра и которая относится к моментам времени и областям, набора элементов информации о погоде, относящихся к области, содержащей местоположение, в котором размещается устройство использования воздуха, и относящихся к множеству моментов времени в течение определенного периода;
решая, с использованием каждого элемента из набора элементов информации о погоде в качестве входных данных, дифференциальные уравнения, выражающие информацию о погоде на основе моделей анализа погоды, используемых для проведения погодных моделирований, формируют набор элементов первой информации о погоде в локальной области, относящейся к районам, меньшим, чем область, соответствующая информации о погоде;
выбор набора элементов второй информации о погоде в локальной области, касающейся района, содержащего местоположение устройства использования воздуха, среди элементов первой информации о погоде в локальной области; и
вычисление направления ветра, имеющего наивысшую накопленную повторяемость, с помощью данных о направлении ветра, содержащихся в наборе элементов второй информации о погоде в локальной области, для того чтобы определять направление, в котором устройство использования воздуха размещается.
B2. Способ прогнозирования погоды согласно пункту В1, при этом, на основе вычисленного направления ветра, формируется компоновка, в которой устройство использования воздуха размещается в области так, что газ, выпускаемый из выпускного блока устройства использования воздуха, расположенного на наветренной стороне, не будет всасываться блоком всасывания устройства использования воздуха, расположенным на подветренной стороне.
B3. Способ прогнозирования погоды согласно пункту В1 или В2, при этом этап формирования набора элементов первой информации о погоде в локальной области дополнительно включает в себя повторное вычисление набора элементов первой информации о погоде в локальной области с использованием данных наблюдений, указывающих, по меньшей мере, одно из направления ветра, скорости ветра и температуры в области, соответствующей информации о погоде.
B4. Способ прогнозирования погоды согласно любому одному из пунктов В1-В3, дополнительно включающий в себя:
вычисление метеорологической информации полевых измерений, касающейся района, меньшего, чем район, соответствующий второй информации о погоде в локальной области, посредством вычисления второй информации о погоде в локальной области с использованием трехмерных гидрогазодинамических уравнений; и
вычисление, с использованием метеорологической информации полевых измерений, потока, в котором нагретый воздух, выпущенный из устройства использования воздуха, возвращается в блок всасывания устройства использования воздуха.
B5. Способ прогнозирования погоды согласно любому одному из пунктов В1-В4, дополнительно включающий в себя:
повторное вычисление, если топографические признаки района, в котором размещено устройство использования воздуха, отличаются от топографических признаков, описанных в информации о погоде, по причине одного из планировки земель, землепользования и установки оборудования, набора элементов первой информации о погоде в локальной области на основе топографической информации, отражающей результат ассоциированного одного из планировки земель, землепользования и установки оборудования.
B6. Способ прогнозирования погоды согласно одному любому из пунктов В1-В5, при этом первая информация о погоде в локальной области и вторая информация о погоде в локальной области являются трехмерными данными и указывают, по меньшей мере, одно из направления ветра, скорости ветра, энергии турбулентности, солнечной радиации, атмосферного давления, осадков, влажности и температуры.
B7. Устройство прогнозирования погоды для прогнозирования погоды посредством проведения погодных моделирований для того, чтобы проектировать устройство использования воздуха, которое размещается на открытом воздухе под воздействием окружающих погодных условий и которое использует воздух в качестве одного из источника тепловой энергии, источника мощности и реагента, устройство прогнозирования погоды включает в себя:
секцию хранения, которая хранит в себе набор элементов информации о погоде, полученной из множества элементов информации о погоде, которая включает в себя, по меньшей мере, данные о направлении ветра и которая относится к моментам времени и областям, набор элементов информации о погоде относится к области, содержащей местоположение, в котором размещено устройство использования воздуха, и относится к множеству моментов времени в течение определенного периода; и
процессор, который выбирает набор элементов информации о погоде, формирует набор элементов первой информации о погоде в локальной области, относящихся к районам, меньшим, чем область, соответствующая информации о погоде, посредством решения, с использованием каждого элемента из набора элементов информации о погоде в качестве входных данных, дифференциальных уравнений, выражающих информацию о погоде на основе моделей анализа погоды, используемых для проведения погодных моделирований, выбирает набор элементов второй информации о погоде в локальной области, касающейся района, содержащего местоположение устройства использования воздуха, из числа элементов первой информации о погоде в локальной области, и вычисляет направление ветра, имеющее наивысшую накопленную повторяемость, с помощью данных о направлении ветра, содержащихся в наборе элементов второй информации о погоде в локальной области, для того чтобы определять направление, в котором размещается устройство использования воздуха.
В8. Устройство прогнозирования погоды согласно пункту В7, при этом, на основе вычисленного направления ветра, процессор формирует компоновку, в которой устройство использования воздуха размещается в районе так, что газ, выпускаемый из выпускного блока устройства использования воздуха, расположенного на наветренной стороне, не будет всасываться блоком всасывания устройства использования воздуха, расположенным на подветренной стороне.
В9. Устройство прогнозирования погоды согласно пункту В7 или В8, при этом процессор повторно вычисляет, на этапе формирования набора элементов первой информации о погоде в локальной области, набор элементов первой информации о погоде в локальной области с использованием данных наблюдений, указывающих, по меньшей мере, одно из направления ветра, скорости ветра и температуры в области, соответствующей информации о погоде.
В10. Устройство прогнозирования погоды согласно одному любому из пунктов В7-В9, при этом процессор вычисляет метеорологическую информацию полевых измерений, касающуюся района, меньшего, чем район, соответствующий данным о погоде, посредством вычисления второй информации о погоде в локальной области с использованием трехмерных гидрогазодинамических уравнений, и вычисляет, с использованием метеорологической информации полевых измерений, поток, в котором нагретый воздух, выпущенный из устройства использования воздуха, возвращается в блок всасывания устройства использования воздуха.
В11. Устройство прогнозирования погоды согласно одному любому из пунктов В7-В10, дополнительно включающее в себя:
повторное вычисление, если топографические признаки района, в котором размещено устройство использования воздуха, отличаются от топографических признаков, описанных в информации о погоде, по причине одного из планировки земель, землепользования и установки оборудования, набора элементов первой информации о погоде в локальной области на основе топографической информации, отражающей результат ассоциированного одного из планировки земель, землепользования и установки оборудования.
B12. Устройство прогнозирования погоды согласно одному любому из пунктов В7-В11, при этом первая информация о погоде в локальной области и вторая информация о погоде в локальной области являются трехмерными данными и указывают, по меньшей мере, одно из направления ветра, скорости ветра, энергии турбулентности, солнечной радиации, атмосферного давления, выпадения осадков, влажности и температуры.
B13. Устройство использования воздуха, которое размещается на открытом воздухе под воздействием окружающих погодных условий и которое использует воздух в качестве одного из источника тепловой энергии, источника мощности и реагента, устройство использования воздуха включает в себя:
блок всасывания, который всасывает воздух;
операционный блок, который выполняет одно из теплообмена, реакции и регенерации энергии с помощью воздуха, всасываемого посредством блока всасывания; и
блок выпуска, который выпускает газ, испускаемый посредством одной из операций теплообмена, реакции и регенерации энергии, при этом:
из множества элементов информации о погоде, которая включает в себя, по меньшей мере, данные о направлении ветра и которая относится к моментам времени и областям, выбирается набор элементов информации о погоде, относящейся к области, содержащей местоположение, в котором размещается устройство использования воздуха, и относящейся к множеству моментов времени в течение определенного периода;
решая, с использованием каждого элемента из набора элементов информации о погоде в качестве входных данных, дифференциальные уравнения, выражающие информацию о погоде на основе моделей анализа погоды, используемых для проведения погодных моделирований, формируется набор элементов первой информации о погоде в локальной области, относящейся к районам, меньшим, чем область, соответствующая информации о погоде;
набор элементов второй информации о погоде в локальной области, касающейся района, содержащего местоположение устройства использования воздуха, выбирается из числа элементов первой информации о погоде в локальной области; и
устройство использования воздуха размещается в районе на основе направления ветра, имеющего наивысшую накопленную повторяемость, вычисленную с помощью данных о направлении ветра, содержащихся в наборе элементов второй информации о погоде в локальной области.
В14. Устройство использования воздуха согласно элементу В13, при этом устройство использования воздуха размещается так, что газ, выпущенный из блока выпуска, расположенного на наветренной стороне, указанной в данных о направлении ветра, включенных в набор элементов второй информации о погоде в локальной области, не будет всасываться блоком всасывания, расположенным на подветренной стороне, указанной в данных о направлении ветра, включенных в набор элементов второй информации о погоде в локальной области.
В15. Устройство использования воздуха согласно элементу В13 или В14, при этом:
метеорологическая информация полевых измерений, касающаяся района, меньшего, чем район, соответствующий второй информации о погоде в локальной области, вычисляется посредством вычисления второй информации о погоде в локальной области с использованием трехмерных гидрогазодинамических уравнений и с использованием метеорологической информации о погоде вычисляется поток, в котором нагретый воздух, выпущенный из устройства использования воздуха, возвращается в блок всасывания устройства использования воздуха; и
устройство использования воздуха размещается так, что нагретый воздух, выпущенный из устройства использования воздуха, не будет возвращаться в блок всасывания.
[0014] В раскрытом способе прогнозирования погоды и устройстве прогнозирования погоды, даже если данные о погоде, касающиеся местоположения, в котором устройство использования воздуха будет размещено, недоступны, возможно получать температуру, необходимую для проектирования устройства использования воздуха, на основе погоды, которая прогнозируется посредством проведения погодных моделирований в области, которая включает в себя местоположение, в котором размещается устройство использования воздуха, с помощью, в качестве входных данных, информации о погоде, относящейся к области, которая включает в себя местоположение, в котором размещается устройство использования воздуха, и относится к множеству моментов времени в течение определенного периода.
Краткое описание чертежей
[0015] Фиг. 1А иллюстрирует пример функциональной конфигурации устройства прогнозирования погоды;
Фиг. 1В иллюстрирует пример таблицы данных информации о погоде;
Фиг. 2 иллюстрирует пример аппаратной конфигурации устройства прогнозирования погоды;
Фиг. 3А иллюстрирует пример устройства использования воздуха;
Фиг. 3В иллюстрирует конкретный пример устройства использования воздуха;
Фиг. 3С иллюстрирует другой конкретный пример устройства использования воздуха;
Фиг. 4А иллюстрирует пример информации о погоде в обширной области;
Фиг. 4В иллюстрирует пример, в котором информация о погоде в обширной области, показанная на фиг.4А, укрупнена;
Фиг. 5 иллюстрирует пример информации о погоде в локальной области;
Фиг. 6 иллюстрирует пример метеорологической информации полевых измерений;
Фиг. 7А иллюстрирует пример температурных данных и пример данных о скорости ветра, полученных из информации о погоде в локальной области;
Фиг. 7В иллюстрирует распределение накопленной повторяемости температуры, полученное из температурных данных информации о погоде в локальной области;
Фиг. 7С иллюстрирует распределение вероятности превышения температуры, полученное из температурных данных информации о погоде в локальной области;
Фиг. 8А иллюстрирует пример соотношения между объемом сжиженного углеводородного газа и расчетной температурой;
Фиг. 9 - это роза ветров, полученная из данных о направлении ветра информации о погоде в локальной области;
Фиг. 10А иллюстрирует соотношение между превалирующим направлением ветра и ребристыми охладителями воздуха;
Фиг. 10В иллюстрирует соотношение между превалирующим направлением ветра и ребристыми охладителями воздуха;
Фиг. 11А иллюстрирует соотношение между превалирующим направлением ветра и газовыми турбинами;
Фиг. 11В иллюстрирует соотношение между превалирующим направлением ветра и газовыми турбинами;
Фиг. 12А иллюстрирует соотношение между превалирующим направлением ветра и ожижительными установками;
Фиг. 12В иллюстрирует соотношение между превалирующим направлением ветра и ожижительными установками;
Фиг. 13 иллюстрирует пример блок-схемы последовательности операций анализа температуры и проекта; и
Фиг. 14 иллюстрирует пример блок-схемы последовательности операций анализа направления ветра и проекта.
Подробное описание вариантов осуществления
[0016] Теперь, со ссылкой на чертежи, будет дано описание: 1. Моделей анализа погоды; 2. Вычислительного гидрогазодинамического анализа; 3. Функциональной конфигурации и аппаратной конфигурации устройства прогнозирования погоды; 4. Устройства использования воздуха; 5. Прогнозирования информации о погоде вокруг устройства использования воздуха; 6. Распределения накопленной повторяемости температуры вокруг устройства использования воздуха; 7. Соотношения между расчетной температурой и производственным объемом в ожижительных установках; 8. Розы ветров вокруг устройства использования воздуха; 9. Компоновки, в которой устройство использования воздуха размещается, и устройства использования воздуха на основе компоновки; 10. Блок-схемы последовательности операций температурного анализа и проекта; и 11. Блок-схемы последовательности операций анализа направления ветра и проекта.
[0017] 1. Модели анализа погоды
Модели анализа погоды включают в себя различные физические модели и посредством анализа таких физических моделей с помощью компьютера выполняются вычисления для прогнозирования погоды, имеющие высокое пространственное разрешение, тем самым, делая возможным проведение погодных моделирований. Погодные моделирования имеют преимущество над полевыми наблюдениями в том, что информация о погоде, имеющая более высокое пространственное разрешение, может быть оценена.
[0018] Для того чтобы проводить погодные моделирования, необходимо загрузить первоначальные значения и данные предельных значений из погодной базы данных, загруженной из сети. Достаточно подробное пространственное разрешение для проектирования устройства использования воздуха недоступно. Однако, в качестве информации о погоде, касающейся обширной области, включающей в себя область, в которой размещается устройство использования воздуха (далее в данном документе называется "информацией о погоде в обширной области"), например, доступны NCEP (национальные центры предсказания условий окружающей среды), которые являются данными анализа глобальных наблюдений, повторно анализируемыми каждые шесть часов, предоставляемыми, например, NOAA (Национальным управлением океанических и атмосферных исследований). NCEP-данные в качестве информации о погоде в обширной области включают в себя погодные элементы (направление ветра, скорость ветра, энергию турбулентности, солнечную радиацию, атмосферное давление, осадки, влажность и температуру) на точках пространственной решетки, полученных посредством деления мира на координатную решетку (шаг решетки равен 1,5 км на 400 км), и обновляются каждые шесть часов. В этом варианте осуществления необходимо проектировать устройство использования воздуха, учитывая влияние годичного изменения, например наблюдается или нет явление Эль-Ниньо. Соответственно, информация о погоде в обширной области в течение нескольких лет (например, вышеописанные NCEP-данные) используется в качестве первоначальных значений и данных пограничных значений.
[0019] Примером физических моделей, включенных в модели анализа погоды, является WRF (модель прогнозирования и исследования погоды). WRF включает в себя различные физические модели. Примерами физических моделей являются модели радиации для вычисления величины солнечной радиации и величины атмосферной радиации, модели турбулентности для выражения смешанного слоя турбулентности и модели земной поверхности для вычисления температуры земной поверхности, температуры почвы, полевой влажности, количества снега и поверхностного потока.
[0020] Модели анализа погоды включают в себя дифференциальные уравнения с частными производными, выражающие движение текучей среды в атмосфере, такие как уравнения Навье-Стокса, касающиеся движения текучей среды, и эмпирические уравнения, полученные из результатов атмосферных наблюдений, и дифференциальные уравнения с частными производными, выражающие закон сохранения массы и закон сохранения энергии. Решая эти одновременные дифференциальные уравнения с частными производными, могут быть проведены погодные моделирования. Таким образом, с помощью информации о погоде в обширной области в качестве входных данных, указывающих первоначальные значения и данные пограничных значений, решаются дифференциальные уравнения на основе моделей анализа погоды для погодных моделирований, тем самым делая возможным формирование информации о погоде, касающейся местоположения устройства использования воздуха, связанного с областью, имеющей более узкое пространственное разрешение, чем у информации о погоде в обширной области. Информация о погоде, сформированная таким образом, называется "информацией о погоде в локальной области".
[0021] 2. Вычислительный гидрогазодинамический анализ
Вычислительный гидрогазодинамический анализ - это численный анализ и технология моделирования для наблюдения потока текучей среды посредством применения вычислительной гидрогазодинамики, в которой уравнения, касающиеся движения текучей среды, решаются с помощью компьютера. Более конкретно, с помощью уравнений Навье-Стокса, которые являются гидрогазодинамическими уравнениями, состояние текучей среды пространственно вычисляется с помощью метода конечных объемов. Процедура для вычислительного гидрогазодинамического анализа включает в себя этап формирования данных 3D-модели, отражающих структуру установки, которая является субъектом, который должен быть исследован, этап формирования решеток посредством деления диапазона субъекта, который должен быть исследован, на ячейки решетки, которые являются минимальными единицами вычисления, этап загрузки первоначальных значений и пограничных значений и решения гидрогазодинамических уравнений, касающихся каждой ячейки решетки, с помощью компьютера и этап вывода различных значений (скорости потока, давления и т.д.), полученных из результатов анализа, в качестве изображений, таких как контуры и векторы.
[0022] Посредством проведения вычислительного гидрогазодинамического анализа могут быть реализованы гидрогазодинамические моделирования, имеющие более высокое разрешение, чем полученные посредством моделей анализа погоды. Таким образом, возможно предоставлять информацию, касающуюся явления воздушного потока, уникального для масштаба пространства субъекта, который должен быть исследован, такого как небольшие изменения в скорости воздуха и направлении воздуха и изменение в воздушном потоке вокруг здания, вызванное нарушением воздушного потока, в масштабе от нескольких сантиметров до нескольких метров, которые очень трудно прогнозировать посредством погодных моделирований.
[0023] 3. Функциональная конфигурация и аппаратная конфигурация устройства прогнозирования погоды
Устройство прогнозирования погоды использует модели анализа погоды и проводит вычислительный гидрогазодинамический анализ, тем самым вычисляя информацию о погоде в локальной области, касающуюся небольшой области, в которой размещается устройство использования воздуха. Устройство прогнозирования погоды может также выполнять процесс вычисления расчетной температуры или процесс формирования розы ветров, который будет обсуждаться позже.
[0024] Фиг. 1А иллюстрирует пример функциональной конфигурации устройства прогнозирования погоды. Устройство 90 прогнозирования погоды, показанное на фиг. 1А, включает в себя секцию 12 хранения, которая хранит в себе данные и программы, и процессор 14, который выполняет арифметические операции. В секции 12 хранения хранятся программа 901 анализа погоды, такая как WRF, программа 903 вычислительного гидрогазодинамического анализа, программа 905 вычисления расчетной температуры, программа 907 формирования розы ветров, программа 909 вывода компоновки для формирования компоновки, погодная база данных 800, информация 801 о погоде в обширной области, такая как NCEP-данные, информация 803 о погоде в локальной области, полученная посредством погодных моделирований, информация 805 полевых измерений воздушного потока, полученная посредством вычислительного гидрогазодинамического анализа, информация 807 температурного анализа, информация 808 анализа направления ветра и данные 809 компоновки. Погодная база данных хранит в себе информацию 801 о погоде в обширной области, которая получена в результате загрузки ее из внешнего источника или получена с носителя хранения.
[0025] Процессор 14 выполняет программу 901 анализа погоды и, таким образом, выполняет процесс анализа погоды, в котором информация 803 о погоде в локальной области формируется из информации 801 о погоде в обширной области и сохраняется в секции 12 хранения. Процессор 14 также выполняет программу 903 вычислительного гидрогазодинамического анализа и, тем самым, выполняет вычислительную гидрогазодинамическую обработку, в которой информация 805 полевых наблюдений воздушного потока формируется из информации 803 о погоде в локальной области и сохраняется в секции 12 хранения. Аналогично, процессор 14 также выполняет программу 905 вычисления расчетной температуры и программу 907 формирования розы ветров и, тем самым, выполняет процесс вычисления расчетной температуры и процесс формирования розы ветров, соответственно, которые будут обсуждаться позже, и отображает связанную информацию 807 температурного анализа и связанную информацию 808 анализа направления ветра соответственно, в секции 16 отображения, которая отображает данные, такие как изображения.
[0026] Дополнительно, процессор 14 выполняет программу 909 формирования компоновки и выводит данные 809 компоновки на основе информации 808 анализа направления ветра.
[0027] Фиг. 1В иллюстрирует пример таблицы данных информации о погоде. Таблица данных, показанная на фиг. 1В, указывает информацию 801 о погоде в обширной области, но может также быть применена к информации 803 о погоде в локальной области. Информация о погоде в обширной области указывает информацию о погоде, касающуюся более обширной области, чем небольшие области, соответствующие информации о погоде в локальной области, и такая более обширная область включает в себя небольшие области, соответствующие информации о погоде в локальной области. Информация о погоде, как показано на фиг. 1В, является множеством наборов записей, состоящих из различных элементов данных, указывающих направление ветра, скорость ветра, энергию турбулентности, солнечную радиацию, атмосферное давление, осадки, влажность и температуру с использованием времени в качестве первичного ключа. Другими словами, база данных, показанная на фиг. 1В, состоит из наборов информации о погоде, классифицированных на основе температуры, и каждая из информации 801 о погоде в обширной области и информации 803 о погоде в локальной области состоит из множества наборов информации о погоде, классифицированных на основе области.
[0028] Фиг. 2 иллюстрирует пример аппаратной конфигурации устройства прогнозирования погоды. Устройство 90 прогнозирования погоды, показанное на фиг. 2, включает в себя процессор 12А, основное устройство 14А хранения, вспомогательное устройство 14В хранения, которое является жестким диском или SSD (твердотельным накопителем), приводное устройство 15, который считывает данные с носителя 900 хранения, и устройство 19 связи, такое как NIC (карта сетевого интерфейса). Эти компоненты соединены друг с другом через шину 20. Устройство 90 прогнозирования погоды соединяется с секцией 16 отображения, которая служит в качестве устройства вывода, и устройством 17 ввода, таким как клавиатура и мышь, которые расположены внешним образом. Процессор 12, показанный на фиг. 1А, соответствует процессору 12А, а секция 14 хранения соответствует основному устройству 14А хранения.
[0029] На носителе 900 хранения погодная база данных 800, программа 901 анализа погоды, программа 903 вычислительного гидрогазодинамического анализа, программа 905 вычисления расчетной температуры, программа 907 формирования розы ветров и программа 90 9 формирования компоновки, показанные на фиг. 1А, могут быть сохранены как элементы данных. Эти элементы 800-909 данных сохраняются в секции 12 хранения, как показано на фиг. 1А.
[0030] Устройство 90 прогнозирования погоды может быть соединено с внешним сервером 200 или компьютером 210 или 220 через сеть 40. Компьютер 210 и внешний сервер 200 могут иметь те же компоненты, что и компоненты устройства 90 прогнозирования погоды. Например, устройство 90 прогнозирования погоды может принимать погодную базу данных 800, сохраненную в сервере 200, по сети 40. Альтернативно, среди программ, показанных на фиг. 1А, только программа 901 анализа погоды, касающаяся погодных моделирований, имеющих высокую системную нагрузку, может быть сохранена в устройстве 90 прогнозирования погоды, а другие программы могут быть сохранены в любом одном из компьютеров 210 и 220 и могут выполняться в компьютере 210 или 220.
[0031] Дополнительно, выше было дано описание, в котором устройство 90 прогнозирования погоды ограничено аппаратными средствами, такими как компьютер. Однако устройство 90 прогнозирования погоды может быть виртуальным сервером в центре обработки данных. В этом случае, аппаратная конфигурация может быть следующей. Программы 901-909 могут храниться в секции хранения в центре обработки данных, а процессор в центре обработки данных может выполнять сохраненные программы 901-909, и данные могут выводиться из центра обработки данных на клиентский компьютер. Внешний сервер 200 может включать в себя погодную базу данных, в таком случае устройство 90 прогнозирования погоды может получать данные о погоде в обширной области от внешнего сервера 200.
[0032] 4. Устройство использования воздуха
Фиг. 3А иллюстрирует пример устройства использования воздуха. Устройство 100 использования воздуха, показанное на фиг. 3А, размещается на открытом воздухе под воздействием окружающих погодных условий и использует воздух в качестве одного из источника тепловой энергии, источника мощности и реагента. Устройство 100 использования воздуха включает в себя блок 101 всасывания, который всасывает воздух, операционный блок 102, который выполняет одно из теплообмена, реакции и рекуперации энергии с помощью воздуха, всасываемого блоком всасывания, и блок 103 выпуска, который выпускает газ, выпущенный посредством одной из операций теплообмена, реакции и рекуперации энергии, хотя эти элементы не являются неотъемлемыми компонентами.
[0033] Фиг. 3В иллюстрирует конкретный пример устройства использования воздуха. Фиг. 3В иллюстрирует ребристый воздушный охладитель 100А и газовую турбину 100В в качестве примеров устройства 100 использования воздуха. Газовая турбина 100В включает в себя блок 101В всасывания, операционный блок 102В и блок выпуска (вытяжную трубу) 103В. С помощью воздуха всасываемого посредством блока 101В всасывания, воспламеняющийся газ сгорает в операционном блоке 102В с тем, чтобы вращать турбину, чтобы формировать приводное усилие, тем самым вращая компрессор 110А. Выхлопной газ выпускается из вытяжной трубы 103В. Газ, сжатый компрессором 110А, подается к ребристому воздушному охладителю 100А. Операционный блок 102В, показанный на фиг. 3В, может быть реактором, который вызывает реакцию преобразования окисления.
[0034] В ребристом воздушном охладителе 100А выпущенный газ, нагретый компрессором 110, охлаждается в теплообменнике 102А с помощью воздуха, всасываемого через блок 101А всасывания (не показан), предусмотренный на нижней части ребристого воздушного охладителя 100А, и выпускается в блок 103А выпуска (не показан), предусмотренный на верхней части ребристого воздушного охладителя 100А. Температура сжатого газа, охлажденного посредством ребристого воздушного охладителя 100А, уменьшается в охладителе 120 вследствие декомпрессии и расширения, и затем сжатый воздух охлаждает подвергаемую воздействию среду. Декомпрессированный и нагретый газ опять возвращается в компрессор 110А. В варианте осуществления подвергаемой воздействию средой, которая должна быть охлаждена, является, например, углеводородный газ, такой как метан или этан, и охлаждается в охладителе 120 и, тем самым, сжижается.
[0035] Устройство использования воздуха было обсуждено посредством иллюстрации одного из ребристого воздушного охладителя и газовой турбины. Однако устройство использования воздуха может быть ожижительной установкой для сжижения углеводородного газа, включающей в себя ребристый воздушный охладитель и газовую турбину. Далее в данном документе будет описан вариант осуществления устройства прогнозирования погоды или способ прогнозирования погоды посредством иллюстрации ребристого воздушного охладителя, газовой турбины или ожижительной установки. Однако вариант осуществления настоящего изобретения охватывает ребристый воздушный охладитель, газовую турбину и ожижительную установку на основе компоновки, спроектированной посредством устройства прогнозирования погоды или способа прогнозирования погоды.
[0036] Фиг. 3С иллюстрирует другой конкретный пример устройства использования воздуха. В качестве примера устройства использования воздуха показан ветровой электрогенератор 100С. Пропеллеры ветрового электрогенератора 100С соответствуют блоку 101С всасывания и блоку 103С выпуска, а мотор соответствует операционному блоку 102С.
[0037] 5. Воспроизведение информации о погоде вокруг устройства использования воздуха
Фиг. 4А иллюстрирует пример информации о погоде в обширной области. На фиг. 4А показана информация А100 о погоде в обширной области на карте Японии.
[0038] Фиг. 4В иллюстрирует пример, в котором информация о погоде в обширной области, показанная на фиг. 4А, укрупнена. В информации А100 о погоде в обширной области, показанной на фиг. 4В, показана область, в которой размещается устройство 100 использования воздуха. Ссылочный номер 1100 обозначает побережье. Левая сторона от побережья 1100 на плоскости чертежа является морем, а правая сторона от него является сушей. Фиг. 5 иллюстрирует пример информации о погоде в локальной области. Фиг. 5 иллюстрирует область, для которой проводятся моделирования погоды, и область делится на множество зон А1-А5 для того, чтобы проводить погодные моделирования, и каждая зона соответствует решетке вычислений. Например, если разрешение решетки равно 9 км, зона вычисления равна 549 км × 549 км. Если разрешение решетки равно 1 км, зона вычислений равна 93 км × 93 км. Соответственно, в этих зонах А1-А5 точки оценки устанавливаются на координатной решетке с интервалами 1-9 км в направлении с севера на юг и в направлении с востока на запад.
[0039] Устройство 100 использования воздуха размещается, как показано на фиг. 5, и для того, чтобы получать температуру или направление ветра в зоне, в которой размещается устройство 100 использования воздуха, процессор 12 формирует элементы А1-А16 информации о погоде в локальной области из информации А100 о погоде в обширной области посредством решения дифференциальных уравнений с частными производными, выражающих информацию о погоде на основе моделей анализа погоды.
[0040] Фиг. 6 иллюстрирует пример метеорологической информации полевых измерений. Процессор 12 проводит вычислительный гидрогазодинамический анализ по элементу А16 информации о погоде в локальной области, показанному на фиг. 6, тем самым, вычисляя метеорологическую информацию полевых измерений, касающуюся области, меньшей, чем зоны информации о погоде в локальной области. После вычисления метеорологической информации полевых измерений, касающейся зоны А15, с использованием метеорологической информации полевых измерений, касающейся зоны А15, в качестве первоначального значения процессор 12 может определять подробную метеорологическую информацию полевых измерений вокруг устройства 100 использования воздуха с помощью гидрогазодинамических моделей (CFD-моделей). В этом случае, подробная метеорологическая информация полевых измерений может быть определена с разрешением в приращениях 0,5 м, что гораздо меньше, чем разрешение решетки (например, 1 км), используемое в погодных моделированиях.
[0041] Метеорологическая информация о погоде, касающаяся целевой зоны А16, в которой размещается устройство 100 использования воздуха, может быть определена с помощью гидрогазодинамических моделей. Таким образом, могут быть получены точные данные, принимающие конфигурации зданий во внимание. Примерами гидрогазодинамических моделей являются K·ε, LES и DNS.
[0042] Достаточно, что компьютер этого варианта осуществления получает подробные данные метеорологической информации полевых измерений, касающиеся только целевой зоны, и, таким образом, не нужно проводить анализ для всех зон А2-А15 с помощью CFD-моделей. Соответственно, значительное время вычислений, занимаемое проведением анализа с помощью CFD-моделей, не требуется, и CFD-анализ проводится только для целевой зоны, тем самым, улучшая точность и уменьшая время обработки.
[0043] Ссылочный номер 320, показанный на фиг. 6, обозначает рециркулирующий поток выхлопного газа. Посредством проведения CFD-анализа может быть вычислен и уточнен поток, в котором нагретый воздух, выпущенный из устройства использования воздуха, возвращается и рециркулирует в блоке всасывания устройства использования воздуха, и который не был уточнен посредством проведения погодных моделирований. С помощью рециркулирующего потока может быть определено, какая степень температурного допуска должна быть выбрана для температурных данных, что будет обсуждаться позже. Дополнительно, рециркулирующий поток уточняется, и, таким образом, может быть определено подходящее местоположение устройства использования воздуха.
[0044] Кроме того, например, если требуемые данные наблюдений, такие как температурные данные и данные о направлении ветра, доступны, поскольку существует, например, аэродром в A3, показанный на фиг. 5, первые наборы информации о погоде в локальной области могут быть повторно вычислены с помощью таких данных в качестве входных значений. С такой конфигурацией возможно улучшать точность погодных моделирований с помощью доступных локальных данных.
[0045] Топографические признаки зоны А16, в которой размещается устройство использования воздуха, могут отличаться от признаков, описанных в информации о погоде, по причине одного из планирования земель, землепользования или установки оборудования. Даже в таком случае, первые наборы информации о погоде в локальной области могут быть повторно вычислены на основе топографической информации, отражающей результат ассоциированного одного из планировки земель, землепользования и установки оборудования, вызванных посредством размещения устройства использования воздуха. С такой конфигурацией возможно точно моделировать погодные условия, после того как устройство использования воздуха размещено.
[0046] 6. Распределение накопленной повторяемости температуры вокруг устройства использования воздуха
Фиг. 7А иллюстрирует пример температурных данных и пример данных о скорости ветра, полученных из информации о погоде в локальной области. Информация о погоде в локальной области является информацией, которая была получена, например, в течение трех лет, и данные в 2009 году показаны в качестве примера на фиг. 7А.
[0047] Если устройство использования воздуха является ожижительной установкой, оно имеет большую систему охлаждения. В этом случае, производительность ожижительной установки, когда хладагент, рециркулирующий в системе охлаждения, сжимается и затем сжижается в ребристом воздушном охладителе, значительно изменяется в зависимости от температуры наружного воздуха. Например, если температура наружного воздуха растет, давление, при котором хладагент сжижается, увеличивается. Если температура наружного воздуха падает, давление, при котором хладагент сжижается, уменьшается. Соответственно, производительность обработки ожижительной установки значительно изменяется в зависимости от температуры наружного воздуха.
[0048] Температура наружного воздуха является различной в зависимости от того, является ли температура дневной или ночной температурой, или является ли температура летней или зимней температурой. Соответственно, производственный объем ожижительной установки вычисляется при различных температурах. В действительности, однако, расчетные условия для ожижительной установки ограничены. Если температура наружного воздуха выбирается в случае, в котором используется газ, состоящий из легких компонентов, и наружная температура является высокой (например, накопленная повторяемость 99%), желаемый объем сжиженного газа может быть произведен при любой окружающей температуре. С другой стороны, однако, капитальные затраты для установки являются высокими. Если температура наружного воздуха выбирается в случае, в котором используется газ, состоящий из тяжелых компонентов, и наружная температура является низкой (например, накопленная повторяемость равна 1%), получаются результаты, противоположные результатам первого случая. Соответственно, невозможно принимать второй случай с точки зрения надежности работы. Таким образом, используется средний состав газа, который не является ни тяжелым, ни легким, и расчетная температура определяется следующим образом.
[0049] Фиг. 7В иллюстрирует распределение накопленной повторяемости температуры, полученное из температурных данных информации о погоде в локальной области. Фиг. 7С иллюстрирует распределение вероятности превышения температуры, полученное из температурных данных информации о погоде в локальной области. Процессор 12 формирует такие элементы данных и выводит сформированные элементы данных в секции 16 отображения.
[0050] Дополнительно, процессор 12 вычисляет расчетную температуру согласно одному из этапа вычисления температуры, при которой накопленная повторяемость превышает, по меньшей мере, 50%, из распределения накопленной повторяемости температуры, этапа вычисления температуры, при которой вероятность превышения меньше, по меньшей мере, 50%, из распределения вероятности превышения температуры, и этапа вычисления температуры, полученной посредством добавления температурного допуска (например, 2°C) к температуре, при которой накопленная повторяемость превышает 50%, или к температуре, при которой вероятность превышения меньше 50%. Температура, вычисленная таким образом, устанавливается в качестве расчетной температуры для проектирования устройства 100 использования воздуха.
[0051] Если устройство 100 использования воздуха, спроектированное в рамках расчетной температуры, полученной таким образом, является, например, ожижительной установкой, оно способно производить желаемый объем сжиженного газа, а также уменьшать капитальные затраты на установку без неудачи в достижении производительности.
[0052] 7. Соотношение между расчетной температурой и объемом производства в ожижительных установках
Фиг. 8А иллюстрирует пример соотношения между объемом сжиженного углеводородного газа и расчетной температурой. Когда температура наружного воздуха повышается до расчетной температуры или выше, производительность устройства 100 использования воздуха вероятно должна значительно снижаться. Например, если, в примере на фиг. 3, ребристый воздушный охладитель 100А проектируется в рамках расчетной температуры, показанной на фиг. 8А, когда температура наружного воздуха превышает расчетную температуру, объем производства сжиженного углеводородного газа резко падает, тем самым, не удовлетворяя предварительно определенному уровню производительности. В устройстве прогнозирования погоды согласно этому варианту осуществления фактические температуры точно моделируются. Таким образом, даже если устройство 100 использования воздуха проектируется в окружении без данных измерений, расчетная температура может быть получена посредством прогнозирования температуры наружного воздуха, тем самым, делая возможным проектирование устройства использования воздуха, показывающего желаемый уровень производительности.
[0053] 8. Роза ветров вокруг устройства использования воздуха
Фиг. 9 - это роза ветров, полученная из данных о направлении ветра информации о погоде в локальной области. Роза ветров - это диаграмма, иллюстрирующая повторяемости направлений ветра и скоростей ветра в определенных направлениях в определенном местоположении в течение определенного периода. Накопленная повторяемость выше, когда данные о направлении ветра протягиваются дальше в радиальном направлении. Скорости ветра также указаны посредством рисунков решетки. Направление ветра, имеющее наивысшую накопленную повторяемость, полученную в этом случае, называется превалирующим направлением ветра. На фиг. 9 превалирующее направление ветра обозначено ссылкой 300. Символ 310 основного направления соответствует превалирующему направлению 300 ветра. Чертежи, обсуждаемые ниже, показывают, что юг (этап S) в символе основного направления является превалирующим направлением ветра.
[0054] Устройство использования воздуха, показанное на фиг. 3, формируется на основе расчетной температуры или превалирующего направления ветра, сформированного, как описано выше.
[0055] 9. Компоновка, в которой устройство использования воздуха размещается, и устройство использования воздуха на основе компоновки
Фиг. 10А и 10В иллюстрируют соотношение между превалирующим направлением ветра и ребристыми охладителями воздуха. Ребристые охладители 100А-1 и 100А-2 воздуха, показанные на фиг. 10А, размещаются относительно превалирующего направления 300 ветра так, что газ, выпущенный из блока выпуска ребристого охладителя 100А-1 воздуха, расположенного на наветренной стороне, будет всасываться блоком всасывания ребристого охладителя 100А-2 воздуха, расположенного на подветренной стороне. Если ребристые охладители 100А-1 и 100А-2 воздуха размещаются таким образом, ребристый охладитель 100А-2 воздуха использует нагретый выпущенный газ в качестве газового теплоносителя, и, таким образом, он неспособен выполнять желаемый теплообмен, тем самым, не удовлетворяя предварительно определенному уровню производительности, как показано на фиг. 8А.
[0056] Соответственно, ребристый воздушный охладитель не размещается на подветренной стороне в направлении ветра, имеющем наивысшую накопленную повторяемость в сформированной розе ветров, что в ином случае заставило бы ребристый воздушный охладитель всасывать выпущенный газ. В результате, вышеописанного неудобства можно избежать. Т.е., на основе вычисленного направления ветра ребристые воздушные охладители размещаются в компоновке так, что газ, выпущенный из блока выпуска, расположенного на наветренной стороне, не будет всасываться блоком всасывания, расположенным на подветренной стороне.
[0057] Ребристые охладители 100А-1 и 100А-2 воздуха, показанные на фиг. 10В, размещаются относительно превалирующего направления 300 ветра так, что газ, выпущенный из блока выпуска ребристого охладителя 100А-1 воздуха, расположенного на наветренной стороне, не будет всасываться блоком всасывания ребристого охладителя 100А-2 воздуха, расположенного на подветренной стороне. Если ребристые охладители 100А-1 и 100А-2 воздуха размещаются таким образом, ребристый охладитель 100А-2 воздуха может удовлетворять предварительно определенному уровню производительности. После вычисления превалирующего направления ветра процессор 14 формирует и выводит данные 400А компоновки, указывающие, что ребристые охладители 100А-1 и 100А-2 воздуха размещаются относительно превалирующего направления 300 ветра так, что газ, выпущенный из блока выпуска ребристого охладителя 100А-1 воздуха, не будет всасываться блоком всасывания ребристого охладителя 100А-2 воздуха, расположенным на подветренной стороне.
[0058] Фиг. 11А и 11В иллюстрируют соотношение между превалирующим направлением ветра и газовыми турбинами. Газовые турбины 100В-1 и 100В-2, показанные на фиг. 11А, размещаются относительно превалирующего направления 300 ветра так, что газ, выпущенный из блока выпуска газовой турбины 100В-1, расположенного на наветренной стороне, будет всасываться блоком всасывания газовой турбины 100В-2, расположенным на подветренной стороне. Если газовые турбины 100В-1 и 100В-2 размещаются таким образом, газовая турбина 100В-2 вероятно должна использовать нагретый выпущенный газ в качестве всасываемого газа, и, таким образом, она не способна получать желаемую выходную мощность.
[0059] Соответственно, газовая турбина не размещается на подветренной стороне в направлении ветра, имеющем наивысшую накопленную повторяемость в сформированной розе ветров, что в ином случае заставило бы газовую турбину всасывать выпущенный газ. В результате, вышеописанного неудобства можно избежать. Т.е., на основе вычисленного направления ветра газовые турбины размещаются в компоновке так, что газ, выпущенный из блока выпуска, расположенного на наветренной стороне, не будет всасываться блоком всасывания, расположенным на подветренной стороне.
[0060] Газовые турбины 100В-1 и 100В-2, показанные на фиг. 11В, размещаются относительно превалирующего направления 300 ветра так, что газ, выпущенный из блока выпуска газовой турбины 100В-1, расположенного на наветренной стороне, не будет всасываться блоком всасывания газовой турбины 100В-2, расположенным на подветренной стороне. Если газовые турбины 100В-1 и 100В-2 размещены таким образом, газовая турбина 100В-2 может удовлетворять предварительно определенному уровню производительности. После вычисления превалирующего направления ветра процессор 14 формирует и выводит данные 400В компоновки, указывающие, что газовые турбины 100В-1 и 100В-2 размещаются так, что газ, выпущенный из блока выпуска газовой турбины 100В-1, не будет всасываться блоком всасывания газовой турбины 100В-2, расположенным на подветренной стороне в превалирующем направлении 300 ветра.
[0061] Фиг. 12А и 12В иллюстрируют соотношение между превалирующим направлением ветра и ожижительными установками, каждая включает в себя газовую турбину и ребристый воздушный охладитель. Ожижительные установки 100С-1 и 100С-2, показанные на фиг. 12А, сконфигурированы так, что газ, выпущенный из ребристых охладителей 100А-1 и 100А-2 воздуха, всасывается газовыми турбинами 100В-1 и 100В-2, соответственно. Ожижительные установки 100С-1 и 100С-2, показанные на фиг. 12А, также конфигурируются относительно превалирующего направления 300 ветра так, что газ, выпущенный из блока выпуска ожижительной установки 100С-1, расположенного на наветренной стороне в превалирующем направлении 300 ветра, всасывается блоком всасывания ожижительной установки 100С1, расположенным на подветренной стороне в превалирующем направлении 300 ветра. Если ожижительные установки 100С-1 и 100С-2 размещаются таким образом, ожижительная установка 100С-1 вероятно должна использовать нагретый выпущенный газ в качестве всасываемого газа, и, таким образом, она не может получать желаемый уровень производительности.
[0062] Соответственно, ожижительная установка не размещается на подветренной стороне в направлении ветра, имеющем наивысшую накопленную повторяемость в сформированной розе ветров, что в ином случае заставило бы ожижительную установку всасывать выпущенный газ. В результате, вышеописанного неудобства можно избежать. Т.е., на основе вычисленного направления ветра ожижительные установки размещаются в компоновке так, что газ, выпущенный из блока выпуска, расположенного на наветренной стороне, не будет всасываться блоком всасывания, расположенным на подветренной стороне.
[0063] Ожижительные установки 100С-1 и 100С-2, показанные на фиг. 12В, размещаются относительно превалирующего направления 300 ветра так, что газ, выпущенный из блока выпуска ожижительной установки 100С-1, расположенного на наветренной стороне, не будет всасываться блоком всасывания ожижительной установки 100С-2, расположенным на подветренной стороне. Если ожижительные установки 100С-1 и 100С-2 размещаются таким образом, ожижительные установки 100С-2 могут удовлетворять предварительно определенному уровню производительности. После вычисления превалирующего направления ветра процессор 14 формирует и выводит данные 400С компоновки, указывающие, что ожижительные установки 100С-1 и 100С-2 размещаются так, что газ, выпущенный из блока выпуска газовой турбины 100В-1, расположенного на наветренной стороне, не будет всасываться блоком всасывания ожижительной установки 100С-2, расположенным на подветренной стороне.
[0064] На основе элементов данных 400А, 400В, 400С компоновки ребристые воздушные охладители, газовые турбины и ожижительные установки, соответственно, изготавливаются или сооружаются. Тогда устройство использования воздуха этого варианта осуществления может удовлетворять желаемому уровню производительности.
[0065] 10. Блок-схема последовательности операций анализа температуры и проекта
ФИГ.1 3 иллюстрирует пример блок-схемы последовательности операций анализа температуры и проекта. Процессор 14 устройство 90 прогнозирования погоды выполняет программу анализа погоды, чтобы выполнять следующую обработку. Процессор 14 выбирает из погодной базы данных, включающей в себя множество элементов информации о погоде, имеющей, по меньшей мере, данные о температуре, и относящейся к моментам времени и областям, наборы информации о погоде, относящиеся к области, содержащей местоположение, в котором устройство использования воздуха размещается, и множеству моментов времени в течение определенного периода (этап S101).
[0066] Процессор 14 устройство 90 прогнозирования погоды выполняет программу анализа погоды, чтобы выполнять следующую обработку. Посредством решения дифференциальных уравнений, выражающих информацию о погоде на основе моделей анализа погоды с помощью наборов данных о погоде в качестве входных данных, формируются первые наборы информации о погоде в локальной области, относящиеся к областям, меньшим, чем область, соответствующая вышеописанной информации о погоде (этап S102).
[0067] Процессор 14 устройства 90 прогнозирования погоды выполняет программу анализа погоды, чтобы выполнять процесс выбора, из числа первых наборов информации о погоде в локальной области, второго набора информации о погоде в локальной области, касающегося области, содержащей местоположение устройства использования воздуха (этап S103). Процессор 14 выполняет программу вычисления расчетной температуры, чтобы выполнять следующую обработку. Для того чтобы вычислять расчетную температуру устройства использования воздуха, процессор 14 формирует распределение накопленной повторяемости температуры или распределение вероятности превышения температуры в течение определенного периода с помощью данных о температуре, включенных во второй набор информации о погоде в локальной области (этап S104).
[0068] В процессе формирования (этап S104) расчетная температура может быть вычислена посредством одного из этапа вычисления, из метеорологической информации полевых измерений, температуры, при которой накопленная повторяемость превышает, по меньшей мере, 50%, этапа вычисления, из метеорологической информации полевых измерений, температуры, при которой вероятность превышения меньше, чем, по меньшей мере, 50%, и этапа добавления температурного допуска к температуре, при которой накопленная повторяемость превышает 50%, или температуре, при которой вероятность превышения меньше 50%.
[0069] Процессор 14 устройства 90 прогнозирования погоды выполняет программу вычислительного гидрогазодинамического анализа, чтобы выполнять следующую обработку. Процессор 14 вычисляет вторую информацию о погоде в локальной области с использованием трехмерных гидрогазодинамических уравнений с тем, чтобы вычислять метеорологическую информацию полевых измерений. Затем, процессор 14 вычисляет поток, в котором нагретый воздух, выпущенный из устройства использования воздуха, возвращается и рециркулирует в блоке всасывания устройства использования воздуха (этап S105). Таким образом, на основе рециркулирующего потока может быть определен температурный допуск для температуры, полученной посредством погодных моделирований.
[0070] 11. Блок схема анализа направления ветра и проекта Фиг. 14 является блок-схемой последовательности операций анализа температуры и проекта. Этапы S201-S203, показанные на фиг. 14, соответствующим образом соответствуют этапам S101-S103 на фиг. 13. Процессор 14 устройства 90 прогнозирования погоды выполняет программу формирования розы ветров, чтобы выполнять следующую обработку. Для того чтобы определять направление, в котором размещается устройство использования воздуха, процессор 14 вычисляет направление ветра, имеющее наивысшую накопленную повторяемость, с помощью данных о направлении ветра, содержащихся во втором наборе информации о погоде в локальной области (этап S204). Дополнительно, процессор 14 устройства 90 прогнозирования погоды выполняет программу вывода компоновки, чтобы выполнять следующую обработку. Процессор 14 формирует, на основе вычисленного направления ветра, компоновку, в которой устройство использования воздуха размещается в вышеописанной области, так что газ, выпущенный из блока выпуска/выхлопа устройства использования воздуха, расположенного на наветренной стороне, не будет всасываться блоком всасывания устройства использования воздуха, расположенным на подветренной стороне.
[0071] После этапа (этап S204) процессор 14 выполняет программу вычислительного гидрогазодинамического анализа, чтобы выполнять следующую обработку. Процессор 14 вычисляет вторую информацию о погоде в локальной области с использованием трехмерных гидрогазодинамических уравнений с тем, чтобы вычислять метеорологическую информацию полевых измерений, касающуюся области, меньшей, чем области, соответствующие второй информации о погоде в локальной области. Затем, процессор 14 вычисляет, с использованием метеорологической информации полевых измерений, поток, в котором нагретый воздух, выпущенный из устройства использования воздуха, возвращается и рециркулирует в блоке всасывания устройства использования воздуха (этап S205). Таким образом, на основе рециркулирующего потока, может быть определено оптимальное размещение устройства использования воздуха.
[0072] Вышеописанный вариант осуществления был предоставлен только в качестве типичной иллюстрации. Очевидно, комбинации компонентов варианта осуществления, модификации и вариации будут видны практикующим специалистам в области техники. Также понятно, что практикующие специалисты в области техники способны выполнять различные модификации вышеописанного варианта осуществления без отступления от принципа изобретения и рамок формулы изобретения.