Χρήση Στοιχείων Τηλεπισκόπησης για την Μελέτη των Διαφόρων Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας σε Παραθαλάσσια Τοποθεσία στη Νότια Ιταλία
Από RemoteSensing Wiki
Rosamaria Calaudia, Teresa Lo Feudoa, Claudia Roberta Calidonnaa, Anna Maria Sempreviva
Link: [1]
Λέξεις - Κλειδιά: Τηλεπισκόπηση, SAR, Αιολική, Ηλιακή Ακτινοβολία, Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας
Σκοπός
Οι Ιταλικές παράκτιες περιοχές έχουν το πλεονέκτημα των ευνοϊκών κλιματικών συνθηκών στη χρήση μικτών ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, όπως η ηλιακή και η αιολική.Οι λιμένες είναι ασφαλή μέρη για να εγκατασταθούν ανεμογεννήτριες όπου οι συνθήκες του ανέμου είναι παράκτιες. Η δορυφορική τηλεπισκόπηση μπορεί να παρέχει πληροφορίες για τον προσδιορισμό του δυναμικού παραγωγής ηλιακής και αιολικής ενέργειας με βάση τη δραστηριότητα και την αξιολόγηση για τον εντοπισμό κατάλληλων περιοχών, φθηνότερα απ 'ότι συνήθως. Σ’αυτή την εργασία παρουσιάζεται μια μελέτη περίπτωσης για την αξιολόγηση ενεργειακών πόρων από το δορυφορικά δεδομένα σε λιμένα της νότιας Ιταλίας.
Εισαγωγή
Σήμερα, οι πολιτικές μείωσης των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου, εξοικονόμησης ενέργειας και ασφαλούς και αποτελεσματικής παροχής των ανανεώσιμων πηγών, υποστηρίζουν τη δημιουργία «πράσινων λιμένων»: δηλαδή βιώσιμες λιμενικές εγκαταστάσεις με μηδενικές εκπομπές ρύπων. Ο κύριος στόχος αυτής της εργασίας είναι η δημιουργία ενός πιλοτικού έργου μέσα στην ιταλική περιφέρεια Καλαβρία (Εικ. 1), χρησιμοποιώντας το λιμάνι Vibo Valentia στην Τυρρηνική ακτή (Εικ. 1), ως δοκιμή, στο πλαίσιο της ιταλικού έργου «Πράσινο Λιμάνι». Ο στόχος του έργου ήταν να καθορίσει ένα πρότυπο για την ολοκληρωμένη διαχείριση της ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές και την ενεργειακή απόδοση και τη μείωση των επιπτώσεων της λιμενικής ζώνης για το περιβάλλον.
Σε αυτή τη μελέτη, χρησιμοποιήθηκαν δορυφορικά συστήματα τηλεπισκόπησης για την ανάκτηση χρονοσειρών της ταχύτητας και της κατεύθυνσης τους ανέμου καθώς και της ηλιακής ακτινοβολίας. Για την αιολική ενέργεια, δορυφορικές παρατηρήσεις της επιφάνειας του ωκεανού από το Συνθετικό Ραντάρ Διαφράγματος (SAR) παρέχουν πληροφορίες σχετικά με τη χωρική μεταβλητότητα τουανέμου σε μεγάλες περιοχές και σε υψηλότερες χωρικές αναλύσεις. Αρκετές μελέτες από τη Βόρεια Θάλασσα έχουν δείξει ότι οι εικόνες SAR είναι μια αξιόπιστη πηγή πληροφοριών γιατην εκτίμηση κλιματολογικά της υπεράκτιας αιολικής ενέργειας. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον έχει η περίπτωση της Μεσογείου, όπου οι χωρικές πληροφορίες άνεμου παρέχονται μόνο από δίκτυο μετρήσεων επι της επιφάνειας , και συχνά για μεγάλες περιόδους λείπουν δεδομένα. Σε αυτή τη μελέτη χρησιμοποιούνται δεδομένα SAR για την πρόβλεψη της κλιματολογίας του ανέμου στο λιμάνι της Βίμπο Βαλέντια. Αντίστοιχα δεδομένα από επί τόπου μετρήσεις δεν ήτα διαθέσιμα και ελήφθησαν από μία περιοχή που απέχει περίπου 30 χιλιόμετρα.Σ αυτή τη περιοχή υπάρχει μία μακριά και στενή ορεινή χερσόνησος με σημαντική μεταβλητότητα ανέμου έτσι γίνεται μελέτη για την επίδραση της ορογραφίας σε υπεράκτια αιολική ενέργεια.
Μέθοδος
Ελήφθησαν εικόνες SAR πάνω από την περιοχή της Μεσογείου γύρω από την Ιταλία για το διάστημα Μαρτίου 2002 εως Απρίλιοου 2012 από την αποστολή ENVISAT του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος (ESA) (Wide-Swath-Mode (WSM) ). Χρησιμοποιήθηκε σύστημα ASAR που είναι VV C-band καιHH όργανο υψηλής ανάλυσης ενώ η ταχύτητα του ανέμου προσδορίστηκες χρησιμοποιώντας λογισμικό του Πανεπιστήμιου Johns Hopkins, (Εργαστήριο Εφαρμοσμένης Φυσικής (JHU / APL) APL λογισμικού / NOAA SAR Wind Σύστημα Ανάκτησης (ANSWRS έκδοση 2.0)). Για την ηλιακή ακτινοβολία χρησιμοποιήθηκε σύστημα ανακτήσης DSSF από το όργανο MSG-SEVIRI πάνω από την περιοχή της Καλαβρίας για μια περίοδο από τον Οκτώβριο 2013 έως τον Ιουνίου 2014. Μια τυπική ημέρα αποτελείται από 48 αρχεία για μία εικόνα κάθε 30 λεπτά. Οι αναλύσεις πραγματοποιήθηκαν στην αρχική προβολή και η παρήχθησαν δεδομένα DSSF.
Αποτελέσματα
Ανάκτηση ηλιακής ακτινοβολίας
Η Εικόνα 2α δείχνει το διάγραμμα διασποράς της παραγωγής ισχύος που μετρείται με τη φωτοβολταϊκή εγκατάσταση που βρίσκεται στο Ricadi, και τη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας που υπολογίζεται με τη χρήση DSSF. Μετά την αξιολόγηση της μεθοδολογίας ανάκτησης της ηλιακής ακτινοβολίας, εκτιμήθηκε η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας πάνω από την περιοχή ( Εικόνα 2β) χρησιμοποιώντας DSSF και ένα θεωρητικό πλαίσιο με 1 kWp και την αποδοτικότητα 84%, με μια καμπύλη θεωρητική καμπύλη ισχύος PV "SOLAR" που χρησιμοποιείται στοMATLAB, με ανάλυση του χρόνου της ισχύος εξόδου σε 10 λεπτά. Η Εικόνα 2 β δείχνει το χάρτη της μέσης παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας (KWh / kWp) κατά τη διάρκεια του Ιουνίου 2014, στις 12 UTC.
Αξιολόγηση αιολικού δυναμικού
Οι χάρτες της μέσης ταχύτητας του ανέμου και της πυκνότητας ενέργειας από το SAR παράγονται με τη χρήση του Satellite – Wind Atlas Analysis and Application Program (S-WAsP) που αναπτύχθηκε στο πολυτεχνείο της Δανίας (Technical University of Denmark DTU) για την αξιολόγηση του αιολικού δυναμικού. Ένα παράδειγμα για το πώς υψηλής ανάλυσης εικόνες SAR επιτρέπουν να διαμορφώνουν μοτίβα που προκαλούνται από την ορεογραφία στον τομέα αιολικής ενέργειας φαίνεται στην Εικόνα, όπου η πυκνότητα της ενέργειας εμφανίζεται για την περιοχή της ανοικτής θάλασσας στην κεντρική περιφέρεια της Καλαβρίας. Η Εικόνα. 3 δείχνει την υψηλή υπεράκτια ενεργειακή πυκνότητα στο βόρειο τμήμα του κόλπου Santa Eufemia σε σχέση με το νότιο τμήμα. Αυτό είναι άμεσα συνδεδεμένο με το κενό Marcellinara δηλαδή το μοναδικό πέρασμα που συνδέει την Τυρρηνική Θάλασσα με το Ιόνιο Πέλαγος,με προσανατολισμό δυτικό-ανατολικό, το οποίο διοχετεύει τόσο την αύρα της θάλασσας όσο και τη συστηματική ροή. Η στατιστική ανάλυση για το πλησιέστερο παράκτιο σημείο στο λιμάνι της Βίμπο Βαλέντια και για την ενδοχώρα με τον ιστό παρατήρησης στο Lamezia Terme δίνονται στη Εικόνα ως «τριαντάφυλλα» άνεμου και κατανομές συχνότητας, και στον πίνακα 2 από την άποψη του U, της παραμέτρου Weibull Α και των παράμετων k.
Η εικόνα 4 δείχνει τη σύγκριση της κλιματολογίας του ανέμου από το SAR, για τη υπεράκτια περιοχή της Vibo Valentia και από την πειραματική περιοχή της Lamezia Terme, (600 μ ενδοχώρα) για την οποία μια χρονολογική σειρά ήταν διαθέσιμη κατά την περίοδο 2007-2008 για μετεωρεολογικές μετρήσεις ιστού 10 μ. Σημειώνεται η διαφορά σε στα «τριαντάφυλλα» άνεμου επειδή πιθανότατα η περιοχή της Lamezia Terme επηρεάζεται από τη διοχέτευση της ροής του χάσματος Marcellinara, ενώ η Vibo είναι σε θέση προστατευμένη από την παράκτια οροσειρά. Επιπλέον, σημειώνεται χαμηλότερη μέση ταχύτητα του ανέμου στη Lamezia Terme σε σχέση μευπεράκτιες ταχύτητες της Vibo Valentia. Αυτό είναι πιθανό να οφείλεται σε δύο παράγοντες: i) HLamezia Terme βρίσκεται σε μια επίπεδη περιοχή με έντονη σταθερότητα με χαμηλούς ανέμους κατά τη διάρκεια της νύχτας ii)Η ταχύτητα του ανέμου μέσω SARείναι υπερεκτιμημένη για U<2 m/s. Στο άλλο άκρο, από τη εικόνα ,παρατηρείται ότι στο βόρειο άκρο τoυ κόλπου Santa Eufemia, η ταχύτητα του ανέμου είναι μεγαλύτερη από ό, τι στο νότιο άκρο μπροστά από τη Βίμπο Βαλέντια λόγω της επίδρασης της ροής στο κενόMarce llinara.
Συμπεράσματα
Ο στόχος της μελέτης αυτής ήταν να κυρίως να αξιολογηθεί η χρήση τηλεπισκόπησης για την καταγραφή της ταχύτητας του ανέμου και της ακτινοβολίας για την εκτίμηση του ενεργειακού δυναμικού των ανανεώσιμων πηγών στην περιοχή του λιμανιού της Βίμπο Βαλέντια. Δεδομένης της έλλειψης μετρήσεων in-situ, χρησιμοποιήθηκαν εικόνες SAR από τον ENVISAT για την ανάκτηση του ανέμου και τα προϊόντα DSSF από MSG-SEVIRI για την ανάκτηση της ηλιακής ακτινοβολίας. Για την ηλιακή ακτινοβολία, το προϊόν DSSF έδωσε αξιόπιστη εκτίμηση της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας ενός φωτοβολταϊκού συστήματος, όπου υπήρχαν διαθέσιμα στοιχεία μετρήσεων ισχύος. Για την ταχύτητα του ανέμου, βρήκαμε ότι τα τοπικά χαρακτηριστικά ορογραφίας μπορεί να έχουν επιπτώσεις στην αιολική ενέργεια. Ως εκ τούτου, θα πρέπει να επιλεχθούν προσεκτικά οι θέσεις υπεράκτια πού θα ανακτούν την ταχύτητα του ανέμου.
