Добивки:
- Да се разбере варијабилноста на производството на сончева и ветерна енергија во зависност од метеорологијата и важноста на нејзиното предвидување за рамнотежата на мрежата.
- Способност да се создаде работен тек за прогноза на вештачка интелигенција комбинирајќи дигитална временска прогноза, сателитски и теренски податоци
- Способност за проверка на прогнозите за производство со физичка горна граница, фактор на капацитет и реални податоци
Електраната на јаглен или природен гас работи со одредена моќност кога тоа го бара операторот; производството може да се контролира. Сонцето и ветерот не се вака: кога сонцето станува облачно, производството на панели се намалува, а кога ветерот ќе престане, турбината престанува. Овој вид на производство се нарекува променлива обновлива енергија; Производството зависи од метеорологијата, а не од човечката волја. Оваа варијабилност создава и одлична можност и голем предизвик за стабилност на мрежата. Прогнозирањето на обновливите извори на производство е задача за предвидување на идното производство на соларни и ветерни електрани и е една од најбрзо растечките области на анализа на современиот енергетски систем. Во оваа единица ќе ја научиме физиката на ова предвидување, како се воспоставува и проверува со вештачка интелигенција.
Зошто е толку важно?
Како што се зголемува уделот на сончевата енергија и ветерот во мрежата, прашањето „колку и кога“ ќе произведат овие ресурси станува одлучувачко за целиот систем. Без добра прогноза за производство, мрежата е принудена да држи дополнителен резервен капацитет (често скап и богат со јаглерод) при рака за да компензира за ненадејниот пад на производството на обновливи извори. Точното прогнозирање ги намалува и овие трошоци и емисиите; Тоа, исто така, му овозможува на сопственикот на електраната да понуди подобро на пазарот. Со други зборови, грешката во прогнозата се преведува директно во пари и јаглерод.
Физика на Сончевата и Ветерната генерација
Сонцето. Моќта произведена од фотоволтаичен (PV; претворање на светлината директно во електрична енергија) главно зависи од зрачењето што паѓа врз него (зрачење; сончева енергија по единица површина, W/m²). Згора на ова, температурата на панелот (ефикасноста се намалува како што се загрева панелот), прашината/контаминацијата и засенчувањето влијаат на тоа. Најсилната карактеристика на соларното производство е неговата предвидлива дневна шема: нула ноќе, високо наутро, врв околу пладне и нула навечер. Облачноста е бучавата поставена на оваа бројка и е главниот извор на тешкотии во прогнозирањето.
Ветер. Моќта произведена од турбината е приближно пропорционална со коцката на брзината на ветерот - така што кога брзината се удвојува, моќноста се зголемува приближно осум пати. Затоа, мала грешка во прогнозата во брзината на ветерот се претвора во голема грешка во производството. Исто така, турбината има крива на моќност: под одредена брзина (брзина на прекин) производството е нула, над одредена брзина (номинална брзина) производството се стабилизира, при многу голема брзина (брзина на прекин) турбината запира заради безбедност. Оваа нелинеарна врска го отежнува прогнозирањето на ветерот отколку сончево.
Совет: Бидејќи грешката во брзината на ветерот доаѓа во игра, прво погледнете го квалитетот на прогнозата за брзината на ветерот кога ја оценувате вашата прогноза за производство. Речиси е невозможно да се воспостави добра прогноза за производство со лоша прогноза за брзина.
Чекор по чекор: прогнозирање на производството со вештачка интелигенција
Чекор 1 - Соберете влезни податоци. Основниот влез е Нумеричко предвидување на времето (NWP; предвидување на времето произведено со решавање на атмосферската физика): проценки на зрачењето, температурата, брзината и насоката на ветерот. Кон ова се додаваат фактичката историја на производство на електраната и, ако е можно, сателитски/земјени набљудувања.
Чекор 2 - Поставете атрибути. Променливи за временска прогноза, геометриски променливи за сончевата енергија (аголот на сонцето на небото), информации за кривата на моќноста на турбините за ветерот и атрибутите за одложено генерирање. Повторно, контрола на истекување: се користат само податоците што ќе бидат достапни во моментот на предвидување.
Чекор 3 - Обучете го моделот. Моделот ја поврзува временската прогноза со вистинското производство. Овде вештачката интелигенција и го учи вистинското однесување на панелот/турбината (отстапувања од вредноста на каталогот) и ги доловува локалните ефекти (како што е ефектот на теренот во одредена насока на ветерот).
Чекор 4 - Модел несигурност. Прогнозирањето на обновливите извори на енергија е инхерентно неизвесно; Многу покорисна е веројатноста за проценка (на пр. „80 проценти производство на веројатност е во тој опсег“), наместо единечен број.
Чекор 5 - Потврдете. Предвидувањето е тестирано против физичките горни граници и вистинското производство.
Валидација: Физички сидра
Прогнозирањето на обновливите извори на производство може да се тестира со силни физички сидра:
- Апсолутен плафон за соларна енергија: Производството никогаш не може да биде позитивно во текот на ноќта и не може да ја надмине инсталираната моќност (и она што го дозволува моменталното зрачење). Оваа единствена проверка веднаш ги елиминира глупавите нагаѓања.
- Фактор на капацитет: Тоа е односот на произведената енергија со енергијата што би ја произведувала доколку електраната работи континуирано со целосна моќност. Кај копнениот ветер тоа е типично околу 25-45 проценти, кај сончевиот е околу 12-25 проценти во зависност од климата. Ако долгорочниот просек е надвор од овој опсег, има грешка.
- Вистински податоци: Најсилното сидро е споредбата на прогнозата со реалното производство; систематската пристрасност (на пр. упорно преценување) се коригира.
Внимание: физичката неможност е прогнозата за производство на сончева енергија да биде не-нула во текот на ноќта или прогнозата на ветерот сè уште да покажува целосно производство над граничната стапка. Ваквите прекршувања се знак дека на моделот некаде му недостасува фундаментална физика и дека се отфрлени без да се гледаат статистиките.
Три мини случаи: според бројките
Случај 1 - Ноќно производство. Моделот за сончева прогноза на еден тим предвиде производство од 3 MW за 22 часот. Тоа беше физички невозможно; Проблемот беше што податоците за зрачењето што се внесени во моделот се совпаѓаа со вредностите во погрешна временска зона. Сидрото за ноќна нула веднаш ја фати грешката и штом временската зона беше поправена, предвидувањето беше точно.
Случај 2 - Ефект на коцка во ветер. На една фарма на ветерници, временската прогноза даде брзина на ветер од 10 m/s наместо 8 m/s - очигледна грешка од 25 проценти. Но, бидејќи моќноста зависи од брзината кубно, проценката на производството беше приближно двојно поголема од реалната количина, што резултираше со огромна казна за нерамнотежа на пазарот. Лекција: малата грешка во брзината во прогнозата на ветерот е голема грешка во производството; The uncertainty band should be kept wide.
Случај 3 - Сидро на факторот на капацитет. Годишната прогноза за производство на една нова електрана подразбира фактор на капацитет од 55 проценти. Беше многу над овој опсег за континентален ветер; истрагата покажа дека единиците на производство (MWh) по грешка биле избројани двапати. Сидрото на факторот капацитет ја ослободи инвестициската одлука од погрешна основа без да навлегува во детали.
Слаба навестување / Силен навестување
Слаба навестување:
Предвидете го утрешното производство на овој парк со ветерници.[податоци]
Моќен потсетник:
Вашата улога: прогнозер за производство на обновливи извори. Задача: часовна прогноза за производство на претстојниот ден за фарма на ветер.- Користете ја како влезна само временската прогноза достапна во моментот на прогнозата; измерете и земете го предвид кубниот ефект на брзината на ветерот. - Примени ја кривата на моќноста на турбината (брзини на приклучување, номинални, прекини); не давајте физички резултати надвор од овие граници. - Наведете опсег на несигурност, а не еден број. - Тестирајте го резултатот сами со две котви: (а) дали има некоја вредност што ја надминува инсталираната моќност, (б) дали имплицитниот фактор на капацитет е во опсег од 25-45%? Податоци: [податоци за растенија и временски услови]
Моќното известување наметнува ефект на коцка, крива на моќност, несигурност и две физички котви од самиот почеток - отсекувајќи ги класичните грешки на регенеративното предвидување.
Четири шаблони за копирање
1) Соларна физичка контрола на таванот:
Тестирајте ја оваа проценка на соларното производство со овие котви: дали производството е нула во текот на ноќните часови? Дали е пладневниот врв во средината на денот? Дали некоја вредност ја надминува инсталираната моќност? Наведете ги прекршувањата со временски печат.
2) Примена на кривата на моќноста на ветерот:
Користете ги следните параметри на кривата на моќноста на турбината: приклучување [A] m/s, номинално[B] m/s, исклучување [C] m/s. Претворете ги дадените прогнози за брзина на ветерот во производство. Исто така, коментирајте го ефектот на несигурноста на брзината врз несигурноста на производството поради односот кубни брзина-моќ.
3) Сидро за разумност на факторот на капацитет:
Пресметајте го имплицитниот фактор на капацитет од оваа проценка на производството и споредете го со типичниот опсег за типот на постројката (ветер 25-45%, сончева 12-25%). Ако е надвор од опсегот, наведете ги можните извори на грешка (единица, временска зона, двојно броење).
4) Анализа на прогнозно-реално отстапување:
Споредете го вистинското производство со минатите прогнози. Дали постои систематска пристрасност (постојано над/потценување)? Проверете дали отстапувањето варира во зависност од временските услови (облачно/јасно, слаб/силен ветер) и предложете корекција.
Табела за споредба на соларни и ветрови
карактеристика
Сончево (PV)
ветер
главен влез
Зрачење, температура на панелот
Брзина и насока на ветерот
дневна фигура
Предвидливо (ноќна нула, пладне врв)
Неправилно, ден-ноќ неизвесно
Главен предизвик
облачност
Кубна врска брзина-моќ
Типичен фактор на капацитет
~ 12-25%
~25-45% (копнено)
силно сидро
Ноќно-нула, инсталиран таван на струја
Граници на кривата на моќност, фактор на капацитет
Вообичаени грешки
- Потценување на грешката на брзината на ветерот. Бидејќи односот брзина-моќ е кубен, малата грешка во брзината е голема грешка при производството.
- Не проверување на физичкиот таван. Секоја вредност што го надминува сончевото производство во текот на ноќта или инсталираниот капацитет треба да се отфрли без да се погледне статистиката.
- Намалување на несигурноста на еден број. Прогнозирањето на обновливите извори на енергија е инхерентно веројатност; Не може да се донесе одлука без да се даде лентата.
- Протекување. Да се направи атрибут на вистинското време; Сепак, сè што ќе имате е временската прогноза.
- Заобиколувајќи го сидрото на факторот на капацитет. Не тестирањето на веродостојноста на долгорочниот просек ги крие грешките во единицата и двојното броење.
Сумирано
Производството на соларна енергија и ветер зависи од метеорологијата и е променливо; Проценката е критична за билансот на мрежата и за пазарот. Предвидливата дневна шема на сонцето е отежната од облачноста, а производството на ветер е отежнато поради брзото кубно поврзување. ВИ е моќна во поврзувањето на временската прогноза со вистинското производство; но предвидувањето мора да се тестира со физички таван, крива на моќност и котви на факторот на капацитет, несигурноста мора да се пријави со лента и мора да се избегне истекување.
Задача за апликација
Добијте историски податоци за производство на соларна или ветерна фарма. Нека вештачката интелигенција ја ревидира прогнозата користејќи ги шаблоните „Сончева физичка контрола на таванот“ (за соларна енергија) или „Сидро за веродостојност на факторот на капацитет“ (за двете). Потоа пресметајте го имплицитниот фактор на капацитет и споредете го со типичниот опсег. Ако најдете физичка неможност или отстапување од разумноста, запишете како сте го фатиле.
листа за проверка
- [ ] Потврдив дека главниот влез е временската прогноза и не содржи протекување
- [ ] Нанесов ноќна нула и инсталирав напојни тавански котви за соларна енергија
- [ ] Ги земав предвид границите на кривата на моќност за ветерот и ефектот на кубната брзина
- [ ] Го споредив имплицитниот фактор на капацитет со типичниот опсег
- [ ] Ја претставив проценката со опсегот на несигурност
- [ ] Го проверив предвидено-реализираното систематско отстапување
- [ ] Ги отфрлив вредностите кои вклучуваат физичка неможност