Πιθανοτικη Προβλεψη Της Αιολικης Ισχυος Κοντα Στο Οριο Αποκοπης Της Ταχυτητας Του Ανεμου

Abstract

Κατά τη διάρκεια των δύο τελευταίων δεκαετιών έχει παρατηρηθεί μια αξιοσημείωτη ανάπτυξη στην τεχνολογία των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, ως αποτέλεσμα της διαρκούς ανάγκης για τον περιορισμό της χρήσης των συμβατικών πηγών και των επιπτώσεων του φαινομένου του θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα. Η αιολική ενέργεια είναι μια από τις ευρύτερα χρησιμοποιούμενες εναλλακτικές μορφές ενέργειας, γεγονός που επαληθεύεται από τη διαρκή αύξηση της εγκατεστημένης ισχύος τόσο στην Ευρώπη αλλά και παγκοσμίως, ωστόσο η διακοπτόμενη φύση και η έντονη μεταβλητότητα της αιολικής παραγωγής, καθιστούν δύσκολη την ενσωμάτωσή της στα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας. Για το λόγο αυτό η πρόβλεψη της αιολικής ισχύος αναγνωρίζεται ως ένα πολύτιμο εργαλείο για την καλύτερη διαχείριση αλλά και το εμπόριο της αιολικής ενέργειας και η ανάπτυξη μοντέλων πρόβλεψης της αιολικής παραγωγής έχει απασχολήσει σε μεγάλο βαθμό κλάδους της μετεωρολογίας ,των μαθηματικών και της εφαρμοσμένης πληροφορικής .Η πλειοψηφία των μοντέλων πρόβλεψης της αιολικής ισχύος χρησιμοποιούν ως είσοδο δεδομένα από μοντέλα αριθμητικών προβλέψεων καιρού ,λόγω της άμεσης σχέσης της αιολικής παραγωγής με τις υφιστάμενες καιρικές συνθήκες, τα οποία παρέχουν εκτιμήσεις των μελλοντικών τιμών των καιρικών μεταβλητών στο επίπεδο του αιολικού πάρκου. Ο βαθμός χρησιμοποίησης των δεδομένων των αριθμητικών προβλέψεων καιρού σχετίζεται κατά κάποιο τρόπο και με την κατηγοριοποίηση των προσεγγίσεων των μοντέλων πρόβλεψης της αιολικής ισχύος σε φυσικές ,στατιστικές ή και συνδυαστικές. Επιπλέον οι περισσότερες προβλέψεις της αιολικής ισχύος, δίνονται με τη μορφή σημειακών προβλέψεων που αποσκοπούν στον προσδιορισμό της πιο πιθανής τιμής της αιολικής παραγωγής για ένα δεδομένο χρονικό ορίζοντα. Ωστόσο σε πολλές σχετικές έρευνες επιχειρείται η ενσωμάτωση των εκτιμήσεων της αβεβαιότητας στις ήδη υπάρχουσες σημειακές προβλέψεις με χρήση εκατοστημορίων,διαστημάτων πρόβλεψης κ.α. Οι προβλέψεις αυτές χαρακτηρίζονται ως πιθανοτικές προβλέψεις της αιολικής ισχύος.Στην παρούσα διπλωματική εργασία επιχειρείται η ανάπτυξη δύο διαφορετικών μοντέλων πρόβλεψης της αιολικής ισχύος κοντά στο όριο αποκοπής της ταχύτητας του ανέμου. Η πρώτη προσέγγιση (σημειακή πρόβλεψη) περιλαμβάνει την εφαρμογή ενός γενικευμένου γραμμικού μοντέλου και τεχνικών βασισμένων στην παλινδρόμηση ελαχίστων τετραγώνων για τον προσδιορισμό της εξόδου του αιολικού πάρκου, ενώ η δεύτερη προσέγγιση (πιθανοτική πρόβλεψη) χρησιμοποιεί στοιχεία μπεϋζιανού συμπερασμού και μπεϋζιανών δικτύων για τη μοντελοποίηση των αιτιακών σχέσεων ανάμεσα στις μεταβλητές του μοντέλου και τη μεταβλητή στόχο που αντιστοιχεί στην αναμενόμενη αιολική παραγωγή. Και οι δύο προσεγγίσεις δίνουν έμφαση στην περιοχή ταχυτήτων ανέμου κοντά στο όριο αποκοπής, ενώ παράλληλα επιχειρείται η ανάπτυξη ενός βοηθητικού-συμβουλευτικού μοντέλου για την εκτίμηση της πιθανής αποκοπής των ανεμογεννητριών του υπό μελέτη αιολικού πάρκου, με τη βοήθεια νευρωνικών δικτύων ARTMAP.Για τη διαμόρφωση μια ολοκληρωμένης εικόνας για το πρόβλημα της πρόβλεψης της αιολικής ισχύος αρχικά περιγράφονται αναλυτικά τα μοντέλα αριθμητικών προβλέψεων καιρού αλλά και οι βασικοί ορισμοί των προβλέψεων και των προσεγγίσεων που χρησιμοποιούνται κατά κύριο λόγο .Στη συνέχεια ακολουθεί μια γενική περιγραφή του μοντέλου πρόβλεψης NTUA, τα δεδομένα και τα αποτελέσματα του οποίου χρησιμοποιούνται σε μεγάλο βαθμό για την διατύπωση των μοντέλων της παρούσας εργασίας .Τέλος περιγράφονται με κάθε λεπτομέρεια τα δύο μοντέλα πρόβλεψης που αναπτύχθηκαν και επιχειρείται μια αξιολόγησή τους με βάση κριτήρια όπως αυτά του μέσου απόλυτου σφάλματος και ,για την περίπτωση της δεύτερης προσέγγισης, της αξιοπιστίας και της αιχμηρότητας.