PREDIKCIA VÝKONU VETERNEJ ELEKTRÁRNE

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "PREDIKCIA VÝKONU VETERNEJ ELEKTRÁRNE"

Καλλιστώ Παπάζογλου
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 PREDIKCIA VÝKONU VETERNEJ ELEKTRÁRNE Peter Pevný Abstrakt: Úlohou tohto článku je informovať respektíve viac priblížiť problematiku predikcie vetra a s ňou súvisiacu aj predikciu výkonu veternej elektrárne. Kľúčové slová: model ALADIN, predikcia, numerická predpoveď počasia. 1. ÚVOD Energia vetra, ako mnoho iných alternatívnych zdrojov energie, pochádza zo Slnka. Na od priamej slnečnej energie (prenášanej žiarením) je však určitým spôsobom "akumulovaná" vo vzdušnom obale Zeme v podobe oblastí s rozdielnou teplotou a tlakom. Veterná energia je,využiteľnejšia ako priame slnečné žiarenie (ktoré sa zníži až o 90 %, ak slnko zacloní mrak, v noci je slnečné žiarenie nevyužiteľné, v zime je slabšie ako v lete). A keďže podľa zákona č. 655/2004 o energetike a o zmene niektorých zákonov v znení neskorších predpisov je prevádzkovateľ distribučnej sústavy povinný vykúpiť elektrickú energiu pochádzajúcu z obnoviteľných zdrojov a tak by mal vedieť vopred (minimálne 6 hodín), kedy veterné elektrárne začnú vyrábať elektrickú energiu. Predikcia vetra sa robí pomocou systému ALADIN vo výške 10 m nad úrovňou terénu, ale veterné elektrárne majú vrtule obvykle vo výške približne 60 m nad úrovňou terénu, kde je už menej prekážok a z toho vyplýva že rýchlosť vetra je vyššia ako vo výške 10 m nad úrovňou terénu a keďže je výkon veternej elektrárne závislý na tretej mocnine rýchlosti vetra potrebujeme pri predikcii výkonu spomínaného druhu elektrárne poznať úmeru pomocou, ktorej zistíme rýchlosť vetra vo výške napr. 60 m nad úrovňou terénu. 2. MODEL ALADIN 2.1 Všeobecné informácie: Ako je uvedené v literatúre [2]. Meteogram zobrazuje podrobnú predpoveď časového vývoja teploty, oblačnosti, atmosférických zrážok, tlaku vzduchu, rýchlosti a smeru vetra pre daný geografický bod vypočítanú modelom ALADIN. Meteo France navrhlo roku 1990 koncepciu projektu ALADIN, ktorého cieľom bolo vybudovať vzájomne prospešnú spoluprácu s národnými meteorologickými inštitúciami strednej a východnej Európy. Spolupráca sa týkala numerickej predpovede počasia (ďalej iba NPP), ktorá je základnou predpovednou metódou modernej meteorológie. Význam slova ALADIN (Aire Limitée Adaptation dynamique Développement InterNational) vyjadruje nasledujúce hlavné črty tohto projektu: Pripraviť a prevádzkovať na ohraničenej geografickej oblasti numerický predpovedný systém (model), ktorý má relatívne mierne nároky na výpočtovú techniku. Prvotným zdrojom údajov pre výpočet sú analýzy a predpovede globálneho modelu ARPEGE. Výstupy modelu ALADIN sú v určitom zmysle slova priblížením pôvodnej predpovede modelu ARPEGE do menšej mierky a vyššieho priestorového rozlíšenia (predpovede meteorologických prvkov sú 1

2 dostupné v podstatne hustejšej sieti a poskytujú tak z lokálneho hľadiska podrobnejšiu informáciu). Okrem práce na malej oblasti s vysokým priestorovým rozlíšením sa predpokladá, že významné meteorologické javy a zvláštnosti, ktoré sú pozorovateľné v malých mierkach (napríklad miestne veterné pomery, čiary húlav spôsobené búrkovou oblačnosťou a podobne), sú výsledkom takzvanej dynamickej adaptácie vlastností zemského povrchu. To znamená, že tieto javy sú do veľkej miery ovplyvňované lokálnymi pomermi (členitosťou terénu, vlhkosťou pôdy, mierou tepelného vyžarovania zemského povrchu do atmosféry), ktoré nemôžu byť popísané s dostatočnou presnosťou v globálnom modeli ARPEGE. Vytvoriť od základu nový medzinárodný a vysoko kvalitný nástroj pre NPP tak, aby sa všetci partneri mohli zúčastniť výskumu na odborne vysokej úrovni a aby každý z partnerov mohol používať výsledky spoločného úsilia. Približne sto vedcov z pätnástich krajín sa trvalo podieľa na vývoji systému ALADIN (množstvo celkovo vynaloženej práce pripadá na 250 ľudí ročne), ktorý je v dennej operatívnej prevádzke v štrnástich krajinách Európy a Afriky, s pomocou rozsiahlej palety počítačových platforiem od takzvaných PC klastrov pod operačným systémom Linux až po vektorové počítače. Vďaka modelu ALADIN bol vybudovaný vysoko kvalifikovaný vedecký tím rozmiestnený v pätnástich krajinách, ktorému sa podarilo dosiahnuť úroveň najlepších vedeckých centier. Obr. 1. Mapa partnerov používajúcich systém ALADIN [2] Ako je uvedené v literatúre [1]. Vývoj atmosféry je popísaný systémom parciálnych diferenciálnych rovníc. Znalosť týchto rovníc a stavu atmosféry v určitom momente sú dva úplne dostatočné podklady na výpočet predpovede počasia, ale len teoreticky. Najväčším 2

problémom je fakt, že so súčasným poznaním nevieme rovnice atmosféry analyticky riešiť. Toto dokážeme iba približne, metódami numerickej matematiky na počítači.

Veľkosť týchto hranolov je v dnešných modeloch asi 50 km v horizontálnom smere a približne 1 km v smere vertikálnom.

3 problémom je fakt, že so súčasným poznaním nevieme rovnice atmosféry analyticky riešiť. Toto dokážeme iba približne, metódami numerickej matematiky na počítači. Ak chceme atmosféru dostať do počítača, tak si musíme predstaviť, že celá atmosféra je zložená z hranolov. Veľkosť týchto hranolov je v dnešných modeloch asi 50 km v horizontálnom smere a približne 1 km v smere vertikálnom. Každému hranolu v počítači prináleží päť čísiel, ktoré reprezentujú teplotu, vlhkosť, tlak a smer a rýchlosť vetra. Celá atmosféra v určitom čase (napr. dnes 12:00) je takto reprezentovaná v počítači pomocou 40 miliónov čísiel. Atmosférický model je počítačový program, ktorý z týchto 40 miliónov údajov spočíta ďalších 40 miliónov čísel, ktoré reprezentujú atmosféru dnes o 12:10, potom z týchto nových čísel zráta ako bude o 12:20, potom o a takto postupne s časovým krokom desiatich minút (desať minút je náhodne vybraný časový krok, veľkosť kroku záleží od veľkosti hranolov a platí pravidlo: čím menšie hranoly tým kratší časový krok) spočíta 40 miliónov čísiel, ktoré reprezentujú stav atmosféry pozajtra o Z týchto čísiel sa potom vykreslia mapy, ktoré sa dajú k dispozícii synoptikom zodpovedným za vydávanie predpovede počasia. Obr. 2. Atmosféra rozdelená na hranoly. Pohľad z Mesiaca.[1] 2.2 Globálne modely a modely na ohraničenom území Obr. 3. Reprezentácia topografie Slovenska v modeli s rozlíšením 50 km (vľavo) a v modeli s rozlíšením 10 km (vpravo). [1] Je prirodzené sa snažiť aby tieto hranoly mali čo najmenší rozmer, pretože množstvo parametrizovaných javov je potom menšie a zemský povrch je presnejšie reprezentovaný v modeli. Model s menšími rozmermi hranolov presnejšie reprezentuje topografiu, ktorá je najdôležitejším faktorom pri určení priebehu počasia v jednotlivých regiónoch Slovenska. Na obrázku 3 vidíme ako je Slovensko reprezentované v modeli s rozmerom hranola 50 km a 10 km. Bohužiaľ súčasné počítače neumožňujú, aby globálne atmosférické modely (tie ktoré počítajú vývoj počasia na celej zemi) mali krok 10 km. Preto sa zaviedli do praxe tzv. 3

modely na ohraničenej oblasti. Tieto počítajú predpoveď počasia pre vybranú oblasť a ušetrený počítačový výkon sa použije práve na zmenšenie rozmeru hranolov na 10km prípadne ešte menej.

vzduchu, ktorý vstupuje do oblasti cez okraje. Už spomenutý model ALADIN je modelom na ohraničenej oblasti. Obr. 4. Globálny model (vľavo) počíta predpoveď počasia pre celú atmosféru.

4 modely na ohraničenej oblasti. Tieto počítajú predpoveď počasia pre vybranú oblasť a ušetrený počítačový výkon sa použije práve na zmenšenie rozmeru hranolov na 10km prípadne ešte menej. Nevýhodou modelov na ohraničenej oblasti je nutnosť mať pred výpočtom predpovede k dispozícii výsledky z globálneho modelu, ktoré sa používajú ako okrajové podmienky a obsahujú informácie o stave vzduchu, ktorý vstupuje do oblasti cez okraje. Už spomenutý model ALADIN je modelom na ohraničenej oblasti. Obr. 4. Globálny model (vľavo) počíta predpoveď počasia pre celú atmosféru. Model na ohraničenej oblasti počíta predpoveď pre menšiu vybranú oblasť, strednú Európu v príklade vpravo. Informácie o dejoch ktoré vstupujú do vybranej oblasti cez okraje (modrý obdĺžnik) poskytne globálny model. [1] 3. PREDIKCIA VETRA Predikcia vetra sa robí pomocou systému ALADIN vo výške 10 m nad úrovňou terénu pre daný geografický bod. Obr. 5 Výstup z modelu ALADIN (pre smer a rýchlosť vetra).[1] 4

5 4. PREDIKCIA VÝKONU VETERNEJ ELEKTRÁRNE Keďže maximálny výkon veternej elektrárne je daný vzťahom P max 2 3 = 0,233. ρ.d. v (kw; kg.m -3, m, m.s -1 ) kde je ρ hustota vzduchu (kg.m -3 ), D priemer vrtule (m), v rýchlosť vetra (m.s -1 ). Z uvedeného vzťahu vyplýva že výkon veternej elektrárne vlastne závisí od tretej mocniny rýchlosti vetra, keďže ostatné veličiny vo vzťahu sú konštanty pre daný bod kde je veterná elektráreň inštalovaná. Predikcia vetra sa robí vo výške 10 m nad zemským povrchom pre daný geografický bod, ale vrtuľa veternej elektrárne je obyčajne vyššie, kde je už menej prekážok takže rýchlosť vetra je vyššia ako vo výške 10 m. Preto je potrebné zistiť úmeru pomocou, ktorej zistíme rýchlosť vetra vo výške vrtule veternej elektrárne. 5. ZÁVER Na predikciu výkonu veternej elektrárne potrebujeme mať najprv predikciu vetra, aby sme vedeli kedy môžeme veternú elektráreň prifázovať k sieti a aby sme vedeli predvídať z určitou presnosťou v ktorom okamihu bude táto elektráreň dodávať výkon do distribučnej siete. 6. LITERATÚRA [1] 10/2008 [2] 10/2008 [3] 10/2008 [4] Novák, M et al.: Elektroenergetika, [CD ROM], ISBN

Σχετικά έγγραφα

Start. Vstup r. O = 2πr S = πrr. Vystup O, S. Stop. Start. Vstup P, C V = PC1,19. Vystup V. Stop

Start. Vstup r. O = 2*π*r S = π*r*r. Vystup O, S. Stop. Start. Vstup P, C V = P*C*1,19. Vystup V. Stop 1) Vytvorte algoritmus (vývojový diagram) na výpočet obvodu kruhu. O=2xπxr ; S=πxrxr Vstup r O = 2*π*r S = π*r*r Vystup O, S 2) Vytvorte algoritmus (vývojový diagram) na výpočet celkovej ceny výrobku s