Dobički:
- Razumeti spremenljivost sončne in vetrne proizvodnje glede na meteorologijo in pomen njene napovedi za uravnoteženost omrežja.
- Sposobnost ustvarjanja delovnega toka napovedi AI, ki združuje digitalno vremensko napoved, satelitske podatke in podatke s terena
- Sposobnost preverjanja napovedi proizvodnje s fizično zgornjo mejo, faktorjem zmogljivosti in dejanskimi podatki
Elektrarna na premog ali zemeljski plin deluje z določeno močjo, ko to zahteva operater; proizvodnjo je mogoče nadzorovati. Sonce in veter nista takšna: ko se sonce pooblači, se proizvodnja plošč zmanjša, ko veter preneha, se turbina ustavi. Ta vrsta proizvodnje se imenuje spremenljiva obnovljiva energija; Proizvodnja je odvisna od meteorologije, ne od človekove volje. Ta spremenljivost ustvarja veliko priložnost in velik izziv za stabilnost omrežja. Napovedovanje proizvodnje obnovljivih virov je naloga napovedovanja prihodnje proizvodnje sončnih in vetrnih elektrarn in je eno najhitreje rastočih področij analize sodobnega energetskega sistema. V tej enoti se bomo naučili fizike te napovedi, kako se vzpostavi in preveri z umetno inteligenco.
Zakaj je tako pomembno?
Ko se delež sonca in vetra v omrežju povečuje, postane vprašanje, "koliko in kdaj" bodo ti viri proizvedli, odločilno za celoten sistem. Brez dobre napovedi proizvodnje je omrežje prisiljeno imeti pri roki dodatne proste zmogljivosti (pogosto drage in bogate z ogljikom), da bi nadomestilo nenaden padec proizvodnje iz obnovljivih virov. Natančna napoved zmanjša te stroške in emisije; Lastniku elektrarne omogoča tudi boljšo ponudbo na trgu. Z drugimi besedami, napaka napovedi se prevede neposredno v denar in ogljik.
Fizika sončne in vetrne proizvodnje
sonce Moč, ki jo proizvede fotonapetostna (PV; pretvorba svetlobe neposredno v električno energijo) plošča, je odvisna predvsem od sevanja, ki pada nanjo (obsevanost; sončna energija na enoto površine, W/m²). Poleg tega nanjo vplivajo temperatura plošče (učinkovitost se zmanjša, ko se plošča segreje), prah/kontaminacija in senčenje. Najmočnejša lastnost sončne proizvodnje je njen predvidljiv dnevni vzorec: nič ponoči, visoko zjutraj, vrh okoli poldneva in nič zvečer. Oblačnost je hrup, ki se prekriva s to sliko in je glavni vir težav pri napovedovanju.
Veter. Moč, ki jo proizvede turbina, je približno sorazmerna s kubom hitrosti vetra - torej, ko se hitrost podvoji, se moč poveča približno osemkrat. Zato se majhna napaka napovedi hitrosti vetra spremeni v veliko napako v proizvodnji. Turbina ima tudi krivuljo moči: pod določeno hitrostjo (hitrost vklopa) je proizvodnja nič, nad določeno hitrostjo (nazivna hitrost) se proizvodnja stabilizira, pri zelo visoki hitrosti (hitrost izklopa) se turbina ustavi zaradi varnosti. To nelinearno razmerje otežuje napovedovanje vetra kot sončnega.
Namig: ker pride v poštev napaka v hitrosti vetra, si pri ocenjevanju napovedi proizvodnje najprej oglejte kakovost napovedi hitrosti vetra. Skoraj nemogoče je vzpostaviti dobro napoved proizvodnje s slabo napovedjo hitrosti.
Korak za korakom: Napovedovanje proizvodnje z umetno inteligenco
1. korak — Zberite vhodne podatke. Osnovni vhod je numerična vremenska napoved (NWP; vremenska napoved, pridobljena z reševanjem atmosferske fizike): ocene obsevanosti, temperature, hitrosti in smeri vetra. Temu je dodana dejanska zgodovina proizvodnje elektrarne in po možnosti satelitsko/zemeljsko opazovanje.
2. korak — Nastavite atribute. Spremenljivke vremenske napovedi, geometrijske spremenljivke za sončno energijo (kot sonca na nebu), informacije o krivulji moči turbine za veter in atributi zakasnjene proizvodnje. Še enkrat, nadzor uhajanja: uporabljeni so samo podatki, ki bodo na voljo v času napovedi.
3. korak — Usposobite model. Model povezuje vremensko napoved z dejansko proizvodnjo. Tu se umetna inteligenca nauči dejanskega obnašanja panela/turbine (odstopanja od kataloške vrednosti) in zajame lokalne učinke (kot je učinek terena v določeni smeri vetra).
4. korak — Negotovost modela. Napovedovanje obnovljivih virov je samo po sebi negotova; Veliko bolj uporabna je verjetnostna ocena (npr. "80-odstotna verjetnost proizvodnje znotraj tega pasu") kot ena sama številka.
5. korak — Preverite. Napoved je preizkušena glede na fizične zgornje meje in dejansko proizvodnjo.
Validacija: fizična sidra
Napovedovanje proizvodnje obnovljivih virov energije je mogoče preizkusiti z močnimi fizičnimi sidri:
- Absolutna zgornja meja za sončno energijo: proizvodnja nikoli ne more biti pozitivna ponoči in ne sme preseči instalirane moči (in tega, kar dovoljuje trenutno sevanje). To enkratno preverjanje takoj odpravi neumna ugibanja.
- Faktor zmogljivosti: Je razmerje med proizvedeno energijo in energijo, ki bi jo proizvedla, če bi elektrarna neprekinjeno delovala s polno močjo. Pri kopenskem vetru je običajno približno 25-45 odstotkov, pri sončnem pa približno 12-25 odstotkov, odvisno od podnebja. Če je dolgoročno povprečje zunaj tega razpona, je prišlo do napake.
- Dejanski podatki: Najmočnejše sidro je primerjava napovedi z dejansko proizvodnjo; sistematična pristranskost (npr. vztrajno precenjevanje) se popravi.
Pozor: fizično nemogoče je, da bi bila napoved sončne proizvodnje ponoči različna od nič ali da bi napoved vetra še vedno prikazovala polno proizvodnjo nad mejno stopnjo. Takšne kršitve so znak, da modelu nekje manjka osnovna fizika in so zavrnjene brez vpogleda v statistiko.
Trije mini kovčki: po številkah
Primer 1 – Nočna proizvodnja. Model sončne napovedi ene ekipe je napovedal 3 MW proizvodnje za 22. uro. To je bilo fizično nemogoče; Težava je bila v tem, da so se podatki o obsevanju, posredovani modelu, ujemali z vrednostmi v napačnem časovnem pasu. Sidro nočne ničle je takoj zaznalo napako in ko je bil časovni pas popravljen, je bila napoved pravilna.
Primer 2 – Učinek kocke v vetru. Na eni vetrni elektrarni je vremenska napoved pokazala hitrost vetra 10 m/s namesto 8 m/s – navidezna 25-odstotna napaka. Ker pa je moč kubično odvisna od hitrosti, je bila ocena proizvodnje približno dvakrat večja od dejanske količine, kar je povzročilo veliko kazen za neravnovesje na trgu. Nauk: majhna napaka hitrosti v napovedi vetra je velika napaka proizvodnje; Razpon negotovosti mora biti širok.
Primer 3 – Sidro faktorja zmogljivosti. Napoved letne proizvodnje za eno novo elektrarno je predvidevala faktor zmogljivosti 55 odstotkov. Bilo je precej nad tem razponom za celinski veter; preiskava je pokazala, da so bile proizvodne enote (MWh) pomotoma preštete dvakrat. Sidro faktorja zmogljivosti je odločitev o naložbi osvobodilo napačnih temeljev, ne da bi se spuščali v podrobnosti.
Šibek poziv / močan poziv
Šibek poziv:
Napovedujte jutrišnjo proizvodnjo te vetrne elektrarne.[podatki]
Močan poziv:
Vaša vloga: napovedovalec proizvodnje obnovljivih virov. Naloga: urna napoved proizvodnje za dan vnaprej za vetrno elektrarno.- Kot vnos uporabite samo vremensko napoved, ki je na voljo v času napovedi; meri in upošteva kubični učinek hitrosti vetra. - Uporabite krivuljo moči turbine (vklopna, nazivna, izklopna hitrost); ne dajejo fizičnih rezultatov zunaj teh meja. - Navedite pas negotovosti, ne ene same številke. - Sami preizkusite rezultat z dvema sidroma: (a) ali kakšna vrednost presega instalirano moč, (b) je implicitni faktor zmogljivosti v območju 25-45 %? Podatki: [podatki o rastlinah in vremenu]
Zmogljiv poziv že od samega začetka vsili učinek kocke, krivuljo moči, negotovost in dve fizični sidrišči – odpravlja klasične napake regenerativnega napovedovanja.
Štiri kopirane predloge
1) Solarni fizični nadzor stropa:
Preizkusite to oceno sončne proizvodnje s temi sidri: ali je proizvodnja v nočnih urah enaka nič? Je opoldanska konica sredi dneva? Ali katera koli vrednost presega instalirano moč? Navedite kršitve s časovnim žigom.
2) Uporaba krivulje moči vetra:
Uporabite naslednje parametre krivulje moči turbine: vklop [A] m/s, nazivna [B] m/s, izklop [C] m/s. Pretvorite dane napovedi hitrosti vetra v proizvodnjo. Komentirajte tudi učinek negotovosti hitrosti na negotovost proizvodnje zaradi kubičnega razmerja med hitrostjo in močjo.
3) Sidro razumnosti faktorja zmogljivosti:
Izračunajte implicitni faktor zmogljivosti iz te ocene proizvodnje in ga primerjajte s tipičnim obsegom za vrsto elektrarne (veter 25–45 %, sončna energija 12–25 %). Če je izven obsega, navedite možne vire napak (enota, časovni pas, dvojno štetje).
4) Analiza dejanskega odstopanja napovedi:
Primerjajte dejansko proizvodnjo s preteklimi napovedmi. Ali obstaja sistematična pristranskost (konstantno precenjevanje/podcenjevanje)? Preverite, ali se odstopanje spreminja glede na vremenske razmere (oblačno/jasno, šibek/močan veter) in predlagajte popravek.
Primerjalna tabela sonca in vetra
funkcija
sončna (PV)
veter
glavni vhod
Obsevanje, temperatura plošče
Hitrost in smer vetra
dnevna figura
Predvidljivo (nočna ničla, opoldanska konica)
Nereden, dan-noč negotov
Glavni izziv
oblačnost
Kubično razmerje med hitrostjo in močjo
Tipičen faktor zmogljivosti
~12-25%
~25-45% (zemeljsko)
močno sidro
Noč-nič, nameščen električni strop
Meje krivulje moči, faktor zmogljivosti
Pogoste napake
- Napaka pri podcenjevanju hitrosti vetra. Ker je razmerje med hitrostjo in močjo kubično, je majhna napaka hitrosti velika proizvodna napaka.
- Ne preverjanje fizične zgornje meje. Vsako vrednost, ki presega sončno proizvodnjo ponoči ali instalirano moč, je treba zavrniti brez pregleda statistike.
- Zmanjšanje negotovosti na eno samo številko. Napovedovanje obnovljivih virov je samo po sebi verjetnostno; Odločitve ni mogoče sprejeti brez dajanja posnetka.
- Puščanje. Izdelava dejanskega vremena kot atributa; Vse, kar boste imeli, pa je vremenska napoved.
- Obhod sidra faktorja zmogljivosti. Nepreizkušanje verodostojnosti dolgoročnega povprečja skrije napake enot in dvojnega štetja.
Če povzamem
Proizvodnja sonca in vetra je odvisna od meteorologije in je spremenljiva; Ocena je kritična za bilanco omrežja in trg. Predvidljivi dnevni vzorec sonca otežuje oblačnost, proizvodnjo vetra pa otežuje hitro kubično razmerje. AI je močan pri povezovanju vremenske napovedi z dejansko proizvodnjo; vendar je treba napoved preizkusiti s sidri fizičnega stropa, krivulje moči in faktorja zmogljivosti, o negotovosti je treba poročati s trakom in se je treba izogniti puščanju.
Aplikacijska naloga
Pridobite zgodovinske podatke o proizvodnji sončne ali vetrne elektrarne. Naj AI revidira napoved z uporabo predlog »Solar fizični nadzor stropa« (za solar) ali »Capacity factor plausibility anchor« (za oboje). Nato sami izračunajte implicitni faktor zmogljivosti in ga primerjajte s tipičnim obsegom. Če ugotovite odstopanje od fizične nezmožnosti ali smiselnosti, zapišite, kako ste ga ujeli.
kontrolni seznam
- [ ] Preveril sem, da je glavni vnos vremenska napoved in ne vsebuje puščanja
- [ ] Uporabil sem nočno ničlo in namestil električna stropna sidra za sončno energijo
- [ ] Upošteval sem omejitve krivulje moči za veter in učinek kubične hitrosti
- [ ] Implicitni faktor zmogljivosti sem primerjal s tipičnim obsegom
- [ ] Oceno sem predstavil z razponom negotovosti
- [ ] Preveril sem napovedano-realizirano sistematsko odstopanje
- [ ] Zavrnil sem vrednote, ki vključujejo fizično nezmožnost