Πιθανοτική ανάλυση της ταχύτητας ανέμου και διερεύνηση της αιολικής παραγωγής στον ελλαδικό χώρο

Abstract

Προκειμένου να εντοπιστούν περιοχές της Ελλάδας, που διαθέτουν πλούσιο αιολικό δυναμικό, αναλύονται στην παρούσα εργασία, δεδομένα ταχύτητας ανέμου από 56 μετεωρολογικούς σταθμούς, ικανοποιητικά κατανεμημένους στο σύνολο της επικράτειας. Μελετάται η χωρική και χρονική διακύμανση των στατιστικών χαρακτηριστικών της ταχύτητας ανέμου κατά τη διάρκεια του έτους και ελέγχεται η δυνατότητα προσαρμογής θεωρητικών κατανομών Weibull, στα διαθέσιμα δείγματα καταγραφών. Οι παράμετροι των θεωρητικών κατανομών, εκτιμώνται μέσω της εφαρμογής των μεθόδων Μέγιστης Πιθανοφάνειας και L-ροπών και ελέγχεται η καταλληλότητά τους, μέσω του κριτηρίου Kolmogorov-Smirnov, του μέσου απόλυτου σφάλματος (MAE) και του μέσου τετραγωνικού σφάλματος (RMSE). Υπολογίζεται ακολούθως, το θεωρητικά μέγιστο αιολικό δυναμικό των σταθμών μελέτης, μέσω των κατανομών των δειγμάτων και συγκρίνεται με εκείνο που εκτιμάται μέσω των παραμέτρων των θεωρητικών κατανομών. Συγκρίνεται επιπλέον, η πραγματική παραγωγή ενέργειας ενός πάρκου εγκατεστημένου στην Κεφαλονιά, με εκείνη που θα μπορούσε να παραχθεί (με την ίδια αιολική μηχανή), βάσει του δείγματος καταγραφών που έχουμε για το νησί και των θεωρητικών κατανομών Weibull που προσαρμόστηκαν σε αυτό. Στη συνέχεια, σε μια κατεύθυνση αποτίμησης της ενσωμάτωσης της αιολικής παραγωγής στο σύστημα μεταφοράς υψηλής τάσης, αναλύονται τα πραγματικά δεδομένα ωριαίας αιολικής παραγωγής της τελευταίας πενταετίας (2009-2013). Αποτυπώνονται οι μεταβολές των συντελεστών εκμεταλλευσιμότητας της αιολικής παραγωγής, σε μηνιαία, εποχική και ετήσια βάση, παράλληλα και με την εξέλιξη των συνδέσεων και αναλύονται κάποια βασικά χαρακτηριστικά της αιολικής παραγωγής, που επηρεάζουν την ισορροπία και την ασφάλεια των ηλεκτρικών συστημάτων. Τα κυριότερα από αυτά, συνδέονται με τη στοχαστική μεταβλητότητα της παραγωγής (ωριαίες μεταβολές φορτίου), εξαιτίας της φυσικής συμπεριφοράς του πνέοντος ανέμου, καθώς και με την έντονη συσχέτιση των ταχυτήτων και των παραγωγών, που παρατηρείται μεταξύ των περιοχών, όπου συγκεντρώνονται αιολικές εγκαταστάσεις. Τέλος, διερευνάται η συμβολή της αιολικής παραγωγής των συνδεδεμένων σταθμών, στην κάλυψη του φορτίου ζήτησης του εθνικού ηλεκτρικού συστήματος, για το έτος 2009. Αναλύεται η συμμετοχή της, στη διαμόρφωση των αιχμιακών φορτίων, καθώς και η συμβολή της στην κάλυψη των ημερήσιων φορτίων στις περιόδους μέγιστης ζήτησης.

The scope of the herewith thesis is to investigate locations across Greece, that feature high wind potential. In respect to this scope, wind speed data from 56 meteorological stations, have been acquired and analysed. Specifically, the temporal and spatial variation of the statistical characteristics of the annual wind speed is being researched. Furthermore, what is also being studied is the capability of Weibull distribution to describe adequately the distribution of the recorded wind speed data. The parameters of the theoretical distributions have been estimated by implementing methods of L-moments and Maximum Likelihood Estimation, and have been assessed using the Kolmogorov – Smirnov statistic, the mean square error and the root mean square error. Subsequently, the theoretical maximum wind potential of the considered wind station is calculated using the samples’ distribution and it is compared to the maximum wind potential raised from the parameters of the theoretical distributions. Then, the real power generation of a wind farm located in Kefalonia Island, is compared to the one that could be produced according to the recorded wind speed data of the island’s meteorological station, as long as the theoretical one acquired from the Weibull method. In the direction of evaluating the embodiment of the wind power generation in the high-voltage power transmission system, actual data of the hourly wind power production of the last five years (2009-2013) is analysed. Temporal variations of the capacity factors of the monthly, annual and seasonal wind power production and other critical characteristics are being depicted in accordance to the progress of the wind load connection. The basic characteristics that affect the balance of the transmission system are also examined. Finally this thesis investigates the contribution of wind power production in the coverage of the national’s power transmission network demand load for the year 2009 and analyses the contribution of the wind power production in the formation of peak load and in the coverage of the daily loads on periods of peak demand