Στοχαστική ανάλυση και προσομοίωση πολλαπλής κλίμακας του ανέμου στην Ελλάδα

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιήθηκε η στατιστική - στοχαστική επεξεργασία της μεταβλητής της ταχύτητας του ανέμου, σε μηνιαία, ημερήσια και μικρότερη κλίμακα. Εξετάστηκε η χωρική και χρονική κατανομή της ταχύτητας του ανέμου και πραγματοποιήθηκε προσπάθεια για τη μοντελοποίηση της μεταβλητής αυτής, με την εξαγωγή ενιαίων στατιστικών χαρακτηριστικών, που αφορούσαν όλη την περιοχή εξέτασης, που ήταν η Ελλάδα. Εξετάστηκε η ύπαρξη μακροπρόθεσμης εμμονής, στην αντίστοιχη χρονική κλίμακα, με τον υπολογισμό του συντελεστή Hurst και την εξαγωγή κλιμακογραμμάτων. Επιπρόσθετα, εξετάστηκαν η ριπή και η διεύθυνση του ανέμου, για μια πληρέστερη εικόνα της μεταβλητής της ταχύτητας, από συγκεκριμένο αριθμό σταθμών, που διέθεταν δεδομένα μετρήσεων. Εξετάστηκαν επίσης και δεδομένα reanalysis, για την εκτίμηση της αξιοπιστίας ενός τέτοιου είδους μετρήσεων και τη σημασία χρησιμοποίησής τους σε περιπτώσεις ελλείψεων μετρήσεων. Ακόμα, εξετάστηκαν και οι τάσεις της ταχύτητας του ανέμου για ενιαία περίοδο αναφοράς, με σκοπό να προσδιοριστεί η συμπεριφορά του ανέμου για την περίοδο εξέτασης και να καταγραφούν σταθμοί με θετικές και αντίστοιχα αρνητικές τάσεις. Επίσης, πραγματοποιήθηκε και η αποτίμηση του θεωρητικού ενεργειακού αιολικού δυναμικού από τα δεδομένα μετρήσεων και προέκυψαν συμπεράσματα σχετικά με το ποιες περιοχές έχουν ικανοποιητικό αιολικό δυναμικό. Προσαρμόστηκαν κατάλληλες κατανομές, τόσο στα δεδομένα της ταχύτητας του ανέμου, όσο και σε αυτά της ριπής. Επιπρόσθετα, πραγματοποιήθηκε η παραγωγή συνθετικών χρονοσειρών με συγκεκριμένο μοντέλο και με συγκεκριμένα χαρακτηριστικά για την ταχύτητα του ανέμου, που προέκυψαν από την εν λόγω εργασία. Τέλος, από την εξέταση της μεταβλητής της ταχύτητας του ανέμου, προέκυψε ότι ο άνεμος είναι ισχυρότερος σε περιοχές του κεντρικού κυρίως Αιγαίου και λιγότερο ισχυρός στη βορειότερη Ελλάδα. Παρόμοια ήταν και η χωρική κατανομή του θεωρητικού αιολικού ενεργειακού δυναμικού της χώρας. Από την εξέταση των κλιμακογραμμάτων προέκυψε ενιαία τιμή για το συντελεστή Hurst για όλη την Ελλάδα (H=0.75), γεγονός που αποτέλεσε σημαντικό παράγοντα για τη μοντελοποίηση της ευρύτερης περιοχής ενδιαφέροντος, από την εξέταση κάθε μεμονωμένου σταθμού, ξεχωριστά.

In this thesis it was examined the statistic - stochastic processing of wind speed, at monthly, daily and smaller time scale. Also, it was examined the spatial and temporal distribution of wind speed and it was made an effort of modelling this variable, by exporting the basic statistical characteristics, involving the entire examined area that was Greece. Furthermore, it was examined the existence of long-term persistence at the same time scale, calculation of Hurst coefficient and exportation of climacograms. Additionally, it was examined gust and wind direction, at a certain number of stations that data measurements were available, in order to depict a more complete frame of wind speed variable. Also, it was examined reanalysis data, to assess the reliability of such measurements and the importance of their use in the absence of measurements. Still, trends of wind speed were tested, for a single reporting period, in order to determine the behavior of wind for the examination period and stations with positive and negative trends were recorded, respectively. Also, it was held the estimation of the theoretical wind energy potential of data stations and resulting conclusions about which areas compose sufficient wind resources. Specific distributions were adjusted for gust and wind speed, in order to be found which one best fits to the empirical data. Additionally, synthetic time series were generated, by the above mentioned model and by specific characteristics of wind speed, which were resulted from this work. Finally, examination of wind speed revealed that wind is strongest in areas of the central Aegean and especially less potential in northern Greece. Similar was the spatial distribution of the theoretical wind energy potential of the country. Examination of climacograms was single price for the Hurst coefficient, for the entire Greece (H = 0.75), which was an important factor for a more general modelling, of the wider region of interest, by examining each individual station separately.