Πρόβλεψη Της Αιολικής Και Της Ηλιακής Παραγωγής Του Ηλεκτρικού Συστήματος Της Ρόδου Με Χρήση Νευρωνικών Δικτύων.

Abstract

Η αιολική και η ηλιακή ενέργεια είναι οι δύο ευρέως χρησιμοποιούμενες εναλλακτικές μορφές ενέργειας, γεγονός που επαληθεύεται από την ολοένα αυξανόμενη εγκατεστημένη ισχύ τους τόσο σε ευρωπαϊκό όσο και σε παγκόσμιο επίπεδο. Η επίτευξη των στόχων ενεργειακής πολιτικής της Ευρωπαϊκής Ένωσης απαιτεί την ενσωμάτωση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας σε μεγάλη κλίμακα στα δίκτυα διανομής, ενώ την ίδια στιγμή η αναδιάρθρωση των αγορών ηλεκτρικής ενέργειας αξιώνει μεγαλύτερη ευελιξία και πιο αποτελεσματική διαχείριση και απόδοση της ενέργειας. Ωστόσο η διακοπτόμενη φύση και η έντονη μεταβλητότητα τόσο της ηλιακής όσο και της αιολικής παραγωγής καθιστούν δύσκολη την ενσωμάτωσή τους στα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας. Επομένως η πρόβλεψη της ηλιακής και της αιολικής ισχύος αποτελεί ουσιαστική προϋπόθεση για την ασφαλή λειτουργία του συστήματος, τη διαχείριση των ΑΠΕ και την παροχή ενέργειας υψηλής ποιότητας με το χαμηλότερο δυνατό κόστος.Οι προβλέψεις της αιολικής και της ηλιακής ισχύος παρέχονται συνήθως σε μορφή προβλέψεων σημείου, οι οποίες αντιστοιχούν στην πιο πιθανή τιμή της μελλοντικής παραγόμενης ισχύος για ένα δεδομένο χρονικό ορίζοντα. Πιο συγκεκριμένα, τα περισσότερα μοντέλα πρόβλεψης της αιολικής και ηλιακής παραγωγής χρησιμοποιούν ως είσοδο δεδομένα από αριθμητικές προβλέψεις καιρού, τα οποία παρέχουν εκτιμήσεις των μελλοντικών τιμών καιρικών και ατμοσφαιρικών μεταβλητών στο επίπεδο του εκάστοτε αιολικού (ΑΠ) ή φωτοβολταϊκού (Φ/Β) πάρκου. Οι κύριες μεταβλητές που λαμβάνονται υπόψη στην περίπτωση της αιολικής ισχύος είναι η ταχύτητα και η διεύθυνση του ανέμου και η θερμοκρασία, ενώ για την ηλιακή ισχύ είναι επίσης η θερμοκρασία, καθώς και η επί τοις εκατό κάλυψη των νεφών, η ηλιακή ακτινοβολία και η υγρασία. Άλλα δεδομένα εισόδου αποτελούν τιμές από παλαιότερες χρονοσειρές της αιολικής/ ηλιακής παραγωγής, καθώς και ημερολογιακά δεδομένα (μέρα, μήνας, έτος, ειδικές ημέρες κλπ). Πολλά από τα υπάρχοντα μοντέλα πρόβλεψης φαίνεται να αδυνατούν να εκτιμήσουν με ακρίβεια τόσο την αιολική όσο και την ηλιακή παραγωγή και εμφανίζουν μία σχετικά μεγάλη αβεβαιότητα ως προς τις προβλέψεις τους. Για αυτό το λόγο, στα πλαίσια αυτής της διπλωματικής εργασίας, έγινε μία προσπάθεια για την προσαρμογή του τρόπου που επιλέγονται τα δεδομένα εισόδου, καθώς και του χρόνου που απαιτείται για την εκτέλεση των μοντέλων πρόβλεψης, ώστε να ικανοποιούνται οι απαιτήσεις των Διαχειριστών των Δικτύων Διανομής. Η προσπάθεια αυτή υλοποιήθηκε με την εκπαίδευση και εφαρμογή δύο συστημάτων πρόβλεψης, ενός μεσοπρόθεσμου με χρονικό ορίζοντα 48 ωρών και ενός βραχυπρόθεσμου, με χρονικό ορίζονται 8 ωρών για κάθε μια από τις περιπτώσεις της αιολικής και της ηλιακής ισχύος του ηλεκτρικού συστήματος της Ρόδου. Σκοπός της εργασίας υπήρξε η προσαρμογή των παραμέτρων των μοντέλων αυτών, καθώς και η επικύρωσή τους με τα δεδομένα του ΣΗΕ της Ρόδου. Έγινε, ακόμη, χρήση των προηγμένων εργαλείων που χρησιμοποιούν τα μοντέλα πρόβλεψης, όπως επίσης και στατιστικών εργαλείων επεξεργασίας δεδομένων και γενικά των διαδικασιών που πραγματοποιούνται κατά την online πρόβλεψη της αιολικής και της ηλιακής ισχύος. Τα δεδομένα της παραγωγής των ΑΠΕ ελήφθησαν από το ΔΕΔΔΗΕ και οι αριθμητικές προβλέψεις καιρού προέρχονται από το μετεωρολογικό μοντέλο υψηλής κλίμακας SKIRON.Στην κατάθεση αυτήν αρχικά περιγράφεται συνοπτικά η γενική θεωρία των νευρωνικών δικτύων με ιδιαίτερη έμφαση σε αυτή των Πολυεπίπεδων Αναγνωριστών (MLP) και των προηγμένων εργαλείων πρόβλεψης που ολοκλήρωσαν τα μοντέλα. Ακολουθεί η αναλυτική περιγραφή των μοντέλων που χρησιμοποιήθηκαν στα συστήματα πρόβλεψης που αναπτύχθηκαν για τη διεσπαρμένη παραγωγή της νήσου της Ρόδου και τέλος γίνεται μία παρουσίαση των σφαλμάτων που έδωσε μία πρώιμη εφαρμογή αυτών, καθώς και των συμπερασμάτων που εξάγονται από αυτά.