همانطور که سطوح نفوذ باد از لحاظ جهانی افزایش می یابد، نیاز به پیش بینی صحیح تغییرات در تولید انرژی باد در انواع متفاوت پیش بینی افق های زمان برای پایداری شبکة نیرو و همچنین کارآیی تولید روز به روز مهم می شود پیش بینی های صحیح انرژی باد، از جمله اجزاء مهم و حیاتی برای بسیاری از چالش های عملیاتی و برنامه ریزی هستند که متغیر از پیگیری بار تا برنامه

توسعه کامل سازی باد از طریق پیش بینی انرژی باد

 

مقدمه

همانطور که سطوح نفوذ باد از لحاظ جهانی افزایش می یابد، نیاز به پیش بینی صحیح تغییرات در تولید انرژی باد- در انواع متفاوت پیش بینی افق های زمان- برای پایداری شبکة نیرو و همچنین کارآیی تولید روز به روز مهم می شود. پیش بینی های صحیح انرژی باد، از جمله اجزاء مهم و حیاتی برای بسیاری از چالش های عملیاتی و برنامه ریزی هستند که متغیر از پیگیری بار تا برنامه ریزی انتقال و اختصاص دادن سرمایه، تا بازاریابی سطح استراژی و برنامه ریزی عملیات است. وقتی برای تصمیم گیری بکار می رود، پیش بینی های صحیح انرژی باد، هزینه های فرعی خدمات را کاهش می دهند، قابلیت اعتبار شبکه از طریق برنامه ریزی مؤثرتر افزایش می یابد و اپراتورهای پروژه و شرکت های برق می توانند تصمیمات استراژی مهمی بگیرند که باعث افزایش کارآیی می گردد. پیش بینی هایی که تا سالها بعد امتداد می یابد ، به شناسایی صحیح تر مشخصات نسل بلند مدت کمک می کند و باعث فرمولاسیون های صحیح تر فاکتور ظرفیت و انتخاب پروژه های مؤثرتر می گردد. این مقاله طرح می کند که چگونه و چرا پیش بینی انرژی باد می پردازد. دومین بخش استراژی هایی را برای پیش بینی در افق های زمانی متفاوت طرح می کند. بخش3 نتایج حاصل از پیش بینی در موقعیت های متفاوت را در عرض ایالات متحده بررسی می کند. بخش آخر، خلاصه ای را فراهم کرده و مروری دارد بر آیندة پیش بینی.

سابقه

پایه های هواشناسی

همانطور که همه ما می دانیم، باد، سوختی برای انرژی باد است. مادامیکه دشواری بسیار زیاد ساده کردن باد، اساساً نتیجة اختلاف های در فشارها در فواصل افقی است، با این اختلاف، گرادیان فشار مطرح می شود. در ساده ترین سطح، حاصل عدم تعادل های گرمایی هستند و در اساسی ترین سطح، حرارت غیر یکنواخت زمین، باد را به حرکت در می آور. در مقیاس های دقیقه، ساعت و روزانه، تغییرات در شرایطهای جوی در توپوسفر- پائین ترین سطح جو – آب و هوا نامیده می شوند . از سوی دیگر، شرایط آب وهوایی یا آب و هوا بر اساس یک مقیاس زمانی فرق می کند: شرایط آب و هوا، الزاماً توده و تراکم آب و هوا روی یک قسمت طولانی زمانی است و بنابراین ایده ای دربارة مشخصات متوسط آب و هوا فراهم می کند ( در مورد خاص ما، باد است) آب و هوا در تعدادی از مقیاس های هوایی فرق می کند از مقیاس های روزمره گرفته تا سال به سال و دامنة این تغییرات از لحاظ جغرافیایی وابسته است.

پیش بینی افق های زمان

یک استراژی کامل و جامع پیش بینی باید به این نکته توجه داشته باشد که تاکتیک های متفاوت باید برای فلق پیش بینی هایی به کار روند که از ساعت ها گرفته تا ماهها در آینده امتداد می یابند. شکل1، پیش بینی افق های متفاوت زمانی را نشان می دهد، اینکه چه اطلاعاتی و یا تاکتیک هایی برای پیش بینی بکار رفتند و دلایل استراژیکی و یا عملیاتی متفاوت برای پیش بینی چه چیزهایی هستند. در کوتاهترین افق زمان پیش بینی- افق کاربردی برای زمینه های عملیاتی چون پیگیری بار و پایداری باد- صحیح ترین استراژی های پیش بینی به مشاهداتی چون ورودی بستگی دارند. اساساً اطلاعات حاصل از پروژة باد و در ناحیة پیرامون، پروژه باد به صورت ورودی ها در استراژی های پیش بینی آماری متفاوت بکار برده شده است. متودهای سازشی اغلب شبکه های خنثی را بکار می گیرند و اساساً برای خلق این پیش بینی ها، کاربردی می باشند. بعد از چند ساعت، متودهای پیش بینی که بر اساس مشاهدات هستند، بهترین پیش بینی را فراهم نمی کنند. بنابراین، ما به استفاده از مدل های پیش گویی آب وهوا در افق زمان پیش گویی قطعی می پردازیم که تا چند روز طول می کشد. کلمة پیش بینی قطعی برای شرح، پیش بینی رویدادهای آب وهوای خاص در پیش بینی یک سیستم آب وهوای وارده بکار میرود. موضوع های عملیاتی در این افق پیش بینی از برنامه ریزی انتقال تا اختصاص دادن سرمایة تولید متغیر است. این اطلاعات برای تجارت نیرو روز نیز مهم است البته اگر این بازارها وجود داشته باشند. در هر کجا از چند روز گرفته تا بیش از یک هفته، جو بی نظم می شود و پیش گویی های قطعی دیگر نمی توانند با هر گونه درجة مهارت صورت گیرند. در این مقیاس ها، ما باید به انواع متفاوتی از شرایطهای خارجی- یا نیروها- تکیه کنیم، شرایطهایی که می توانند الگوهای بلند مدت را تحت تاثیر قرار دهند.

این نیروها از زمینه های مطرح شده از زیر مثل تغییرات دماهای اقیانوس ناشی از نوسان جنوب El Nino ، تا زمینه های مطرح شده از بالا مثل تغییرات در دماهای استراتوسفری و تغییرات حاصله در الگوهای آب وهوا متغیرند.

متاسفانه، یا توانایی محدود شده ای برای پیش بینی این پدیده وجود دارد و یا بطور کلی این توانایی وجود ندارد و به این ترتیب به عدم اطمینان در پیش گویی بلند مدت اضافه می شود. در بلندترین افق های زمانی، که چندین دهه در آینده امتداد می یابد، تغییرات در اجزاء سازنده اتمسفر، مثل دی اکسید کربن و یا ازن می توانند پاسخ جوی را تحت تاثیر قرار دهند. موضوعات مهم در این افق زمانی به مشخصه های تولید بلند مدت پروژه توام می شوند. مشخه هایی مثل فاکتور ظرفیت پروژه.

همانطور که از شکل1 میتوان مشاهده کرد، درستی نسبی پیش بینی ها با افق پیش گویی کاهش می یابد، اما درجه ای از قابلیت پیش گویی در همة افق های پیش بینی وجود دارد.

افق های پیش گویی، نوع نیرو و موضوع های عملکردی برای پیش بینی انرژی باد.

متودها

پیش بینی های رنج کوتاه

پیش گویی های کوتاه مدت بر اساس هواشناسی مشاهده و تولید نیرو از پروژه است و در مورد هواشناسی بر اساس تولید نیروی حاصله از مکان های نزدیک پروژه باد است ( معمولاً در100 کیلومتری). این داده ها در زمان واقعی جمع آوری شده و بصورت ورودی در روتین های پیش گویی آماری متفاوت بکار می روند. پیش بینی های تولید انرژی باد طی چند ساعت بعدی، یا مستقیماً خلق می شوند و یا در برخی از موارد در یک فرایند دو مرحله ای خلق می شوند. در فرایند دو مرحله ای، پیش بینی ها برای باد، در ابتدا خلق شده و سپس از طریق کاربرد آلگوریتم های منحنی نیروی دینامیکی، پیش گویی های نیروی پروژه خلق می شوند. چون آلگوریتم های آماری خود فراگیر اغلب بکار می روند، از اینرو پیش گویی های کوتاه مدت، برتری دارند اینکه می توانند از تجربه آموخته شوند و پیش بینی ها با زمان. بهتر می شوند. همچنین استفاده از مشاهدات خارج از سایت قرار گرفته از لحاظ استراتژیکی می تواند درستی پیش بینی را از10 تا 50 % ورای آنچه که می تواند در غیاب مشاهدات خارج از سایت صورت بگیرد توسعه دهد.

شکل2- نمونة پیش گویی تولید انرژی باد چهارده روز – با مدت فواصل اطمینان برای پروژة بادMW 160 در ایالات متحده.

پیش گویی های رنج متوسط

پیش گویی عددی آب وهوا، پایه ای است برای تکنیک های پیش بینی رنج متوسط، مدل های کامپیوتری مقیاس فرو با تجزیه و تحلیل بالا و پیکربندی شده بطور صحیح، برای عمل کردن در صحت بالا برای پروژه های خاص باد بهینه شدند و بکار گرفته می شوند. استراتژی پیش گویی که برای رنجی از پیش بینی ها امکان پذیرند، می توانند پیش بینی مفیدتر و کاملتری را فراهم نمایند و همچنین اطلاعاتی را دربارة اطمینان از پیش بینی تهیه می کنند. در مورد استراتژی های پیش گویی رنج متوسط، مدل های پیش گویی عددی آب وهوا بر اساس شرایط فیزیکی، پیش گویی های برای باد خلق می کنند، بنابراین انتقال های دینامیکی نیروی نیروی انرژی باد باید بکار روند. چون مدل های آب وهوا، پیش گویی دربارة انواع متفاوت متغیرهای پیش آگهی فراهم می کنند، مثل جهت و دمای باد، از اینرو این اطلاعات می توانند در تنظیم آلگوریتم های انتقال نیروی دینامیکی بکار روند.

یک نمونه از پیش گویی چهار روز با ظرفیت وابسته در شکل2 نشان داده شده است.

پیش گویی های رنج بلند

پیش بینی هایی که از هفته های گرفته تا ماهها در آینده امتداد می یابند، رویدادهای خاص باد را پیش گویی نمی کنند بلکه می توانند اطلاعاتی در رابطه با مشخصات تولید انرژی عزیمت از حالت عادی ((DFN تهیه نمایند. علاوه بر شیب ضروری پیش گویی هایی آب و هوایی لازم برای این مرحله، فقرة دیگر مورد نیاز، یک آب وهوا شناسی بلند مدت از سایت است‌ ( تا شرایطهای “ عادی” معین شوند). چون ثبت های بلندمدت با طول کافی طبیعتاً قابل دسترس نیستند، از این رو یک ثبت ساختگی/ اصلاح شده ایجاد می شود. به همین دلیل، انرژی باد یک سالة بلند مدت در شکل2 نشان داده شده است.