Kasu:
- Mõista päikese- ja tuuleenergia tootmise varieeruvust sõltuvalt meteoroloogiast ja selle prognoosimise tähtsust võrgu tasakaalu jaoks.
- Võimalus luua tehisintellekti prognoosimise töövoogu, mis ühendab digitaalse ilmaennustuse, satelliidi ja väliandmed
- Võimalus kontrollida tootmisprognoose füüsilise ülempiiri, võimsusteguri ja tegelike andmetega
Söe- või maagaasielektrijaam töötab teatud võimsusel, kui käitaja seda nõuab; tootmist saab kontrollida. Päike ja tuul ei ole sellised: kui päike muutub häguseks, siis paneelide tootmine väheneb ja kui tuul peatub, siis turbiin seiskub. Seda tüüpi tootmist nimetatakse muutuvaks taastuvenergiaks; Tootmine sõltub meteoroloogiast, mitte inimese tahtest. See varieeruvus loob nii suurepärase võimaluse kui ka suure väljakutse võrgu stabiilsusele. Taastuvenergia tootmise prognoosimine on päikese- ja tuuleelektrijaamade tulevase toodangu prognoosimise ülesanne ning üks kiiremini kasvavaid kaasaegse energiasüsteemi analüüsivaldkondi. Selles üksuses õpime selle ennustuse füüsikat, kuidas see luuakse ja tehisintellektiga kontrollitakse.
Miks see nii tähtis on?
Kuna päikese- ja tuuleenergia osakaal võrgus suureneb, muutub kogu süsteemi määravaks küsimus, "kui palju ja millal" need ressursid toodavad. Ilma hea tootmisprognoosita on võrk sunnitud hoidma käepärast täiendavat vaba tootmisvõimsust (sageli kallis ja süsinikurikas), et kompenseerida taastuvenergia tootmise järsku langust. Täpne prognoosimine vähendab nii seda kulu kui ka heitkoguseid; Samuti võimaldab see elektrijaama omanikul turul paremaid pakkumisi teha. Teisisõnu tähendab prognoosiviga otse raha ja süsinikku.
Päikese ja tuule genereerimise füüsika
Päike. Fotogalvaanilise (PV; valguse otse elektriks muundamine) paneeli toodetav võimsus sõltub peamiselt sellele langevast kiirgusest (kiirgustihedus; päikeseenergia pindalaühiku kohta, W/m²). Lisaks mõjutavad seda paneeli temperatuur (paneeli kuumenemisel efektiivsus väheneb), tolm/saaste ja varjutus. Päikeseenergia tootmise tugevaim omadus on selle prognoositav ööpäevane muster: öösel null, hommikul kõrge, keskpäeva paiku ja null õhtul. Pilvisus on sellele joonisele kattuv müra ja see on peamine prognoosimisraskuste allikas.
Tuul. Turbiini toodetav võimsus on ligikaudu võrdeline tuule kiiruse kuubikuga - nii et kui kiirus kahekordistub, suureneb võimsus ligikaudu kaheksa korda. Seetõttu muutub väike prognoosiviga tuule kiiruses suureks veaks tootmises. Ka turbiinil on võimsuskõver: alla teatud pöörete arvu (cut-in speed) on toodang null, üle teatud pöörete arvu (nimikiirus) tootmine stabiliseerub, väga suurel kiirusel (cut-off pöörete arv) turbiin ohutuse tagamiseks peatub. See mittelineaarne seos muudab tuule prognoosimise keerulisemaks kui päikeseenergia.
Näpunäide: kuna mängu tuleb tuule kiiruse viga, vaadake oma tootmisprognoosi hindamisel kõigepealt tuulekiiruse prognoosi kvaliteeti. Hea tootmisprognoosi koostamine halva kiiruse prognoosiga on peaaegu võimatu.
Samm-sammult: tootmise prognoosimine tehisintellektiga
1. samm – koguge sisendandmeid. Põhisisend on numbriline ilmaennustus (NWP; ilmaennustus, mis saadakse atmosfäärifüüsika lahendamisel): kiirgustiheduse, temperatuuri, tuule kiiruse ja suuna hinnangud. Sellele lisandub elektrijaama tegelik tootmisajalugu ja võimalusel satelliidi/maavaatlused.
2. samm – atribuutide seadistamine. Ilmaprognoosi muutujad, päikeseenergia geomeetrilised muutujad (päikese nurk taevas), turbiini võimsuskõvera teave tuule kohta ja viivitatud genereerimise atribuudid. Jällegi lekkekontroll: kasutatakse ainult andmeid, mis on prognoosimise ajal saadaval.
3. samm – treenige modell. Mudel seob ilmaennustuse tegeliku tootmisega. Siin õpib tehisintellekt nii paneeli/turbiini tegelikku käitumist (kõrvalekalded kataloogiväärtusest) kui jäädvustab kohalikke mõjusid (nt maastiku mõju konkreetses tuulesuunas).
4. etapp – mudeli määramatus. Taastuvenergia prognoosimine on oma olemuselt ebakindel; Tõenäosuslik hinnang (nt "80-protsendiline tõenäosus on selles vahemikus") on palju kasulikum kui üks arv.
5. samm – kontrollige. Prognoosi testitakse füüsiliste ülempiiride ja tegeliku tootmise suhtes.
Valideerimine: füüsilised ankrud
Taastuvenergia tootmise prognoosimist saab testida tugevate füüsiliste ankrutega:
- Päikeseenergia absoluutlagi: Tootmine ei saa öösel kunagi olla positiivne ega ületa paigaldatud võimsust (ja seda, mida praegune kiirgus võimaldab). See üksainus kontroll kõrvaldab kohe rumalad oletused.
- Võimsustegur: toodetud energia suhe energiasse, mida see toodaks, kui elektrijaam töötaks pidevalt täisvõimsusel. Maismaatuules on see tüüpiliselt umbes 25-45 protsenti, päikeses on see sõltuvalt kliimast 12-25 protsenti. Kui pikaajaline keskmine jääb sellest vahemikust välja, on viga.
- Tegelikud andmed: tugevaim ankur on prognoosi võrdlus tegeliku toodanguga; süstemaatiline eelarvamus (nt püsiv ülehindamine) parandatakse.
Ettevaatust: on füüsiliselt võimatu, et päikeseenergia toodangu prognoos on öösel nullist erinev või tuuleprognoos näitab siiski täielikku tootmist üle piirmäära. Sellised rikkumised on märk sellest, et mudelil on kusagilt puudu fundamentaalfüüsika ja need lükatakse statistikat vaatamata tagasi.
Kolm miniümbrist: numbrite järgi
Juhtum 1 – Öine tootmine. Ühe meeskonna päikeseprognoosi mudel ennustas kella 22-ks 3 MW tootmist. See oli füüsiliselt võimatu; Probleem seisnes selles, et mudelile sisestatud kiirgustiheduse andmed vastasid vales ajavööndis olevatele väärtustele. Öö-null-ankur tabas vea kohe ja kui ajavöönd oli parandatud, läks ennustus paika.
Juhtum 2 – kuubiefekt tuules. Ühe tuulepargi juures andis ilmateade tuule kiiruseks 8 m/s asemel 10 m/s — näiline 25 protsendiline viga. Kuid kuna võimsus sõltub kiirusest kuupmeetriliselt, oli tootmisprognoos ligikaudu kaks korda suurem tegelikust kogusest, mille tulemuseks oli tohutu tasakaalustamatuse trahv turul. Õppetund: tuuleprognoosi väike kiirusviga on suur tootmisviga; Määramatuse riba tuleks hoida laiana.
Juhtum 3 – mahtuvusteguri ankur. Ühe uue elektrijaama aastane tootmisprognoos nägi võimsusteguriks 55 protsenti. See oli mandrituule puhul sellest vahemikust tunduvalt kõrgem; uurimine näitas, et toodanguühikuid (MWh) arvestati ekslikult kaks korda. Võimsusteguri ankur vabastas detailidesse laskumata investeerimisotsuse valest vundamendist.
Nõrk viip / Tugev viip
Nõrk viip:
Ennustage selle tuulepargi homset toodangut.[andmed]
Võimas viip:
Sinu roll: taastuvenergia tootmise prognoosija. Ülesanne: tunnipõhine tuulepargi päeva-ette tootmisprognoos.- Kasutage sisendina ainult prognoosi tegemise hetkel olemasolevat ilmateadet; mõõta ja arvestada tuule kiiruse kuupmõju. - rakendada turbiini võimsuskõverat (sisselülitus-, nimi-, väljalülituskiirused); ärge andke füüsilisi tulemusi väljaspool neid piire. - Andke määramatuse vahemik, mitte üks number. - Testige tulemust ise kahe ankruga: (a) kas mõni väärtus ületab paigaldatud võimsust, (b) kas eeldatav võimsustegur on vahemikus 25–45%? Andmed: [taime- ja ilmaandmed]
Võimas viip kehtestab algusest peale kuubiefekti, võimsuskõvera, määramatuse ja kaks füüsilist ankrut – eemaldades regeneratiivse prognoosimise klassikalised vead.
Neli kopeeritavat malli
1) Päikeseenergia füüsiline lae juhtimine:
Katsetage seda päikeseenergia toodangu hinnangut nende ankrutega: kas toodang on öötundidel null? Kas keskpäevane tippaeg on keset päeva? Kas mõni väärtus ületab paigaldatud võimsust? Loetlege rikkumised ajatempliga.
2) Tuuleenergia kõvera rakendamine:
Kasutage järgmisi turbiini võimsuskõvera parameetreid: sisselülitus [A] m/s, nimi[B] m/s, väljalülitus [C] m/s. Teisendage antud tuulekiiruse prognoosid tootmisse. Kommenteerige ka kiiruse määramatuse mõju toodangu ebakindlusele kuupkiiruse ja võimsuse suhte tõttu.
3) mahtuvusteguri mõistlikkuse ankur:
Arvutage selle generatsiooni hinnangu põhjal eeldatav võimsustegur ja võrrelge seda seadmetüübi tüüpilise vahemikuga (tuul 25–45%, päike 12–25%). Kui see on vahemikust väljas, loetlege võimalikud veaallikad (ühik, ajavöönd, topeltloendus).
4) Prognoosi-reaalse hälbe analüüs:
Võrrelge tegelikku tootmist varasemate prognoosidega. Kas esineb süstemaatilist eelarvamust (pidev üle-/alahindamine)? Uurige, kas kõrvalekalle varieerub sõltuvalt ilmastikutingimustest (pilves/selge, nõrk/tuul) ja tehke parandus.
Päikese ja tuule võrdlustabel
funktsiooni
Päikeseenergia (PV)
tuul
peamine sisend
Kiirgus, paneeli temperatuur
Tuule kiirus ja suund
igapäevane näitaja
Prognoositav (öö null, keskpäevane tippaeg)
Ebaregulaarne, päev-öö ebakindel
Peamine väljakutse
pilvisus
Kiiruse-võimsuse kuupne suhe
Tüüpiline mahutegur
~12-25%
~25-45% (maapealne)
tugev ankur
Öö-null, paigaldatud võimsuslagi
Võimsuskõvera piirid, võimsustegur
Levinud vead
- Tuule kiiruse vea alahindamine. Kuna kiiruse ja võimsuse suhe on kuupmeetriline, on väike kiirusviga suur tootmisviga.
- Ei kontrolli füüsilist ülemmäära. Igasugune väärtus, mis ületab öist päikeseenergia tootmist või installeeritud võimsust, tuleks statistikat vaatamata tagasi lükata.
- Ebakindluse vähendamine ühele numbrile. Taastuv prognoosimine on oma olemuselt tõenäosuslik; Ilma linti andmata ei saa otsustada.
- Lekkida. Tegeliku ilma muutmine atribuudiks; Kuid kõik, mis teil on, on ilmateade.
- Võimsusteguri ankrust möödasõit. Pikaajalise keskmise usutavuse testimata jätmine peidab ühiku ja topeltloenduse vead.
Kokkuvõttes
Päikese ja tuule tootmine sõltub meteoroloogiast ja on muutuv; Hinnang on võrgu tasakaalu ja turu jaoks kriitiline. Päikese prognoositava ööpäevase mustri muudab keeruliseks pilvisus ja tuule teket teeb raskeks kiire kuupne suhe. AI on võimas ilmaennustuse ühendamisel tegeliku tootmisega; aga ennustust tuleb testida füüsilise lae, võimsuskõvera ja mahtuvusteguri ankrutega, määramatus tuleb lindiga teatada ja leket vältida.
Rakenduse ülesanne
Hankige päikese- või tuulepargi ajaloolised tootmisandmed. Laske tehisintellektil prognoosi auditeerida, kasutades malle „Päikeseenergia füüsiline lae juhtimine” (päikeseenergia jaoks) või „Tootmisteguri usutavuse ankur” (mõlema jaoks). Seejärel arvutage ise eeldatav võimsustegur ja võrrelge seda tüüpilise vahemikuga. Kui leiate füüsilise võimatuse või mõistlikkuse kõrvalekalde, kirjutage üles, kuidas te selle tabasite.
kontrollnimekiri
- [ ] Kontrollisin, et põhisisend on ilmateade ja see ei sisalda lekkeid
- [ ] Rakendasin öö-null ja paigaldasin päikeseenergia laeankrud
- [ ] Võtsin arvesse tuule võimsuskõvera piirmäärasid ja kuupkiiruse efekti
- [ ] Võrdlesin eeldatavat võimsustegurit tüüpilise vahemikuga
- [ ] Esitasin hinnangu määramatuse vahemikuga
- [ ] Kontrollisin ennustatud-teostatud süstemaatilist hälvet
- [ ] Ma lükkasin tagasi väärtused, millega kaasneb füüsiline võimatus