Πιθανοτικη Προβλεψη Στην Παραγωγη Αιολικης Ενεργειας Με Χρηση Νευρωνικων Δικτυων Artmap

Abstract

Κατά τη διάρκεια των τελευταίων ετών έχει παρατηρηθεί σημαντική αύξηση στο βαθμό διείσδυσης των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, με στόχο τον περιορισμό της χρήσης των συμβατικών πηγών, που ρυπαίνουν το περιβάλλον. 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 της και η έντονη μεταβλητότητά της καθιστούν δύσκολη την ενσωμάτωσή της στα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας. Προς την κατεύθυνση της επίλυσης του προβλήματος αυτού συμβάλλει αποφασιστικά η πρόβλεψη της αιολικής ισχύος, έτσι ώστε να καθίσταται ευκολότερη η διαχείριση και ενσωμάτωση της αιολικής ενέργειας. Είναι άλλωστε χαρακτηριστικό ότι έχει καταβληθεί προσπάθεια και έχουν αναπτυχθεί ποικίλα μοντέλα πρόβλεψης της αιολικής παραγωγής.Οι προβλέψεις της αιολικής ισχύος παρέχονται συνήθως σε μορφή προβλέψεων σημείου, οι οποίες αντιστοιχούν στην πιο πιθανή τιμή της μελλοντικής παραγόμενης αιολικής ισχύος, για ένα δεδομένο χρονικό ορίζοντα. Συγκεκριμένα, τα μοντέλα πρόβλεψης της αιολικής ισχύος δέχονται ως είσοδο δεδομένα από τα μοντέλα αριθμητικών προβλέψεων καιρού, τα οποία παρέχουν προβλέψεις για τις μελλοντικές τιμές των καιρικών μεταβλητών (πχ. ταχύτητα ανέμου) στην περιοχή του αιολικού πάρκου και στην έξοδό τους δίνουν την πρόβλεψη της αιολικής παραγωγής για δεδομένο χρονικό ορίζοντα. Κάθε πρόβλεψη όμως, εμπεριέχει ένα βαθμό αβεβαιότητας, με αποτέλεσμα οι προβλέψεις σημείου να είναι ανεπαρκείς. Για το λόγο αυτό, ερευνούνται τρόποι για την εκτίμηση της αβεβαιότητας των προβλέψεων της αιολικής ισχύος, με στόχο τη διευκόλυνση της διαδικασίας λήψης αποφάσεων από τους τελικούς χρήστες των προβλέψεων. Οι προβλέψεις αυτές ονομάζονται πιθανοτικές προβλέψεις της αιολικής ισχύος.Στόχος της παρούσας διπλωματικής είναι η δημιουργία ενός μοντέλου πιθανοτικής πρόβλεψης της αιολικής ισχύος με χρήση νευρωνικών δικτύων. Αναλυτικότερα, το μοντέλο που αναπτύσσεται βασίζεται στη θεωρία των νευρωνικών δικτύων τύπου ARTMAP και των δικτύων ακτινωτής βάσης (RBF). Ως είσοδος χρησιμοποιούνται τα δεδομένα των αριθμητικών προβλέψεων καιρού, όπως αυτά προκύπτουν από το μοντέλο ECMWF και στην έξοδο παρουσιάζονται οι πιθανότητες εμφάνισης των τιμών της αιολικής ισχύος για δεδομένο χρονικό ορίζοντα.Αρχικά πραγματοποιείται μια αναλυτική παρουσίαση του ανέμου και της αιολικής ισχύος, ενώ γίνεται ιδιαίτερη αναφορά στην αξία της πρόβλεψης και στη μελέτη της αβεβαιότητας που αυτή παρουσιάζει. Έπειτα, περιγράφονται εκτενώς τα κυριότερα μοντέλα αριθμητικών προβλέψεων καιρού και παρουσιάζονται τα χρησιμοποιούμενα πιθανοτικά μοντέλα πρόβλεψης της αιολικής παραγωγής καθώς και η μεθοδολογία αποτίμησής τους. Στη συνέχεια, περιγράφεται η γενική θεωρία των νευρωνικών δικτύων με ιδιαίτερη αναφορά στα δίκτυα ARTMAP και RBF. Ακολουθεί η ανάπτυξη του μοντέλου που χρησιμοποιήθηκε στην παρούσα διπλωματική για την πρόβλεψη της αιολικής παραγωγής σε αιολικό πάρκο της Κρήτης, με παρουσίαση αποτελεσμάτων, αποτίμηση της μεθόδου και εξαγωγή συμπερασμάτων για το συγκεκριμένο μοντέλο πρόβλεψης.