Χρήση της τηλεπισκόπησης για την εκτίμηση του αιολικού δυναμικού

Από RemoteSensing Wiki

Πρωτότυπος τίτλος: Use of remote sensing for wind energy assessments

Συγγραφείς: Dr. Tony Rogers, Robert Poore

Δημοσιεύθηκε τον Απρίλιο του 2011

Πηγή: DNV-RP-J101

Εισαγωγή

Η τηλεπισκόπηση με χρήση των τεχνικών LIDAR ((LIght Detection And Ranging) και SODAR (SOnic Detection And Ranging) μπορεί να αποδειχθεί ανεκτίμητη στην αξιολόγηση του αιολικού δυναμικού κάθε περιοχής, εφόσον ακολουθηθεί η βέλτιστη μέθοδος.

Όσο οι τεχνολογίες LIDAR και SODAR ωριμάζουν, όλο και περισσότερο χρησιμοποιούνται για να υποστηρίξουν εκτιμήσεις του αιολικού δυναμικού. Αυτά τα όργανα τηλεπισκόπησης είναι σχετικά εύκολα στη χρήση και στη μεταφορά από τόπο σε τόπο. Προσδιορίζουν ταχύτητες και διεύθυνση ανέμου στο ύψος πλήμνης των ανεμογεννητριών, κάθετες ταχύτητες ανέμου όπως και απότομες και πολυδιάστατες μεταβολές του ανέμου. Μπορούν επίσης να παρέχουν κάποιο μέτρο του επιπέδου των αναταράξεων.

Η πλήρης αξία και χρησιμότητα αυτών των οργάνων, δυστυχώς, δεν γίνεται πάντοτε κατανοητή, λόγω της μη χρήσης τους σύμφωνα με τις βέλτιστες πρακτικές. Για παράδειγμα, η φορητότητα του εξοπλισμού τηλεπισκόπησης έχει ενθαρρύνει πολλούς χρήστες να λαμβάνουν μετρήσεις για σύντομα χρονικά διαστήματα σε διάφορες τοποθεσίες, προκειμένου να αξιοποιήσουν άμεσα τις επενδύσεις τους. Ωστόσο, τα πολύ σύντομα διαστήματα μέτρησης, οι ακατάλληλες συνθήκες της περιοχής καθώς και η έλλειψη ελέγχου τω επιδόσεων του εξοπλισμού μπορεί να οδηγήσουν σε δεδομένα τα οποία έχουν περιορισμένη ή μηδενική χρησιμότητα στην ενεργειακή αξιολόγηση της περιοχής.

Οι κατευθυντήριες γραμμές σχετικά με τη χρήση των μετρήσεων τηλεπισκόπησης υποστηρίζουν τη διαδικασία ενεργειακής εκτίμησης του αιολικού δυναμικού. Στο πλαίσιο αυτό, αυτές οι εκτιμήσεις είναι η αξιολόγηση του αιολικού δυναμικού στην τοποθεσία ενός έργου και κατ’ επέκταση η εκτίμηση της ηλεκτροπαραγωγής από τους ανεμοστρόβιλους που προβλέπονται για τη συγκεκριμένη επένδυση.

Χρησιμοποιώντας δεδομένα τηλεπισκόπησης στην ενεργειακή αξιολόγηση

Κατά την αξιολόγηση του αιολικού δυναμικού, τα δεδομένα τηλεπισκόπησης μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον προσδιορισμό της ακρίβειας των παρεκβολών των δεδομένων ανεμολογικού ιστού, των συντελεστών διάτμησης για χρήση με τα δεδομένα του ιστού, της διεύθυνσης ανέμου και των ταχυτήτων ανέμου στο ύψος πλήμνης και της μεταβλητότητας του αιολικού δυναμικού σε όλη την περιοχή.

Ο τρόπος με τον οποίο τα δεδομένα χρησιμοποιούνται στην ενεργειακή αξιολόγηση, εξαρτάται από την ποιότητα, την ποσότητα και την αντιπροσωπευτικότητα των δεδομένων. Ο βαθμός στον οποίο τα δεδομενα βελτιώνουν ή μειώνουν την ακρίβεια της ενεργειακής αποτίμησης εξαρτάται, μεταξύ άλλων παραγόντων, από την ανάκτηση των δεδομένων και τη συσχέτισή τους με τα δεδομένα από τον κοντινό μετεωρολογικό ιστό, τη διάρκεια συλλογής των δεδομένων και τα σημεία συλλογής των στοιχείων σε σχέση με το μετεωρολογικό ιστό και τις προτεινόμενες θέσεις εγκατάστασης των ανεμοστρόβιλων. Επίσης, και άλλα χαρακτηριστικά του έργου θα καθορίσουν τη σημασία των τηλεπισκοπικών δεδομένων στην ενεργειακή αξιολόγηση. Για παράδειγμα εάν υπάρχει μικρή αβεβαιότητα στην εκτίμηση του αιολικού δυναμικού χωρίς τηλεπισκοπικές μετρήσεις, τότε αυτές οι μετρήσεις μπορεί να έχουν οριακή επίπτωση στη συνολική εκτίμηση λόγω των αβεβαιοτήτων που συνδέονται με τα τηλεπισκοπικά δεδομένα. Η εποχιακή μεταβλητότητα των ατμοσφαιρικών συνθηκών στην περιοχή του έργου ίσως να περιορίσει την επίδραση των βραχυπρόθεσμων τηλεπισκοπικών μετρήσεων για την εκτίμηση του αιολικού δυναμικού ή την αβεβαιότητά του.

Σημαντικά θέματα των τεχνολογιών τηλεπισκόπησης που πρέπει να ληφθούν υπόψη για να διασφαλιστεί η χρησιμότητα των δεδομένων αυτών για την εκτίμηση των ενεργειακών διαθεσίμων είναι τα εξής:

• Οι τεχνολογίες τηλεπισκόπησης αναπτύσσονται ακόμη. Η διαμόρφωση και οι αλλαγές στο λογισμικό ενδέχεται να επηρεάσουν την ακρίβεια, την ποιότητα ή τη συνοχή.

• Η ποιότητα των μετρήσεων μπορεί να επηρεαστεί από την τοποθεσία εγκατάστασης. Ακόμη και όταν τα όργανα Sodar και Lidar λειτουργούν τέλεια, μπορεί να παρέχουν λανθασμλενες μετρήσεις με την παρουσία σύνθετων ροών (χωρικά ανομοιόμορφων ροών) πάνω από το όργανο μέτρησης. Σύνθετες ροές μπορεί να εμφανιστούν σε σύνθετα εδάφη ή κοντά σε σημεία μεταβολής της τραχύτητας της επιφάνειας. Επιπρόσθετα, οι μτερήσεις οτυ Sodar μπορεί να επηρεαστούν από το θόρυβο του περιβάλλοντος και την ηχώ από κοντινά αντικείμενα και τη βλάστηση της περιοχής.

• Οι τηλεπισκοπικές μετρήσεις μπορεί να είναι διαφορετικές από εκείνες της ανεμομετρίας. Τα ανεμόμετρα παρέχουν μέσους όρους των σημειακών μετρήσεων της ταχύτητας ανέμου ανεξάρτητα από την κατεύθυνση του ανέμου (βαθμωτός μέσος όρος). Αντίθετα, τα όργανα Sodar και Lidar μετρούν κατακόρυφες, εγκάρσιες και οριζόντιες ταχύτητες ανέμου. Αυτές οι μετρήσεις συνήθως μετατρέπονται για να παρέχουν διανυσματικούς μέσους της ταχύτητας του ανέμου, αν και μερικά όργανα παρέχουν βαθμωτούς μέσους. Σε αντίξοες συνθήκες, οι διανυσματικοί μέσοι όροι είναι χαμηλότεροι από τους αντίστοιχους βαθμωτούς. Οι διαφορές αυτές δείχνουν ότι η τηλεπισκόπηση και η ανεμομετρία ίσως να μην παρέχουν τις ίδιες τιμές ταχύτητας του ανέμου, παρόλο που και οι δύο μετρήσεις μπορεί να είναι σωστές. Κάθε τύπος συστήματος μέτρησης μπορεί επίσης να παρέχει ελαφρώς διαδικαστικά λανθασμένες μετρήσεις υπό ορισμένες συνθήκες. Για παράδειγμα, σε συνθήκες με υψηλή διάτμηση οι μέσοι όροι των οργάνων τηλεπισκόπησης μπορεί να είναι μικρότεροι από τις σημειακές μετρήσεις.

Αν αυτά τα θέματα της τηλεπισκόπησης ληφθούν κατάλληλα υπόψη σε μια διαδικασία μέτρησης, τα δεδομένα τηλεπισκόπησης μπορούν να προσφέρουν πολύτιμες πληροφορίες για την αξιολόγηση του αιολικού δυναμικού. Η συμμόρφωση με τις βέλτιστες πρακτικές επιλογής, τεκμηρίωσης και επαλήθευσης της περιοχής εγκατάστασης του έργου, παρέχει τις πληροφορίες που απαιτούνται για την αξιολόγηση της ποιότητας των δεδομένων και της αξίας τους αναφορικά με την εκτίμηση των ενεργειακών αποθεμάτων. Η αξία των στοιχείων θα εξαρτηθεί από πολλούς παράγοντες, αλλά μπορεί να ενισχυθεί με προσεκτικό σχεδιασμό και τη διαβούλευση. Ωστόσο, ενώ οι κατευθυντήριες γραμμές δεν μπορούν να εξασφαλίσουν πως θα χρησιμοποιηθούν τα δεδομένα, την προσοχή στο εξής θα εξασφαλίσει, στο μέτρο του δυνατού, το γεγονός ότι η αξία των δεδομένων δεν θα τεθεί σε κίνδυνο από την έλλειψη ενημέρωσης σχετικά με τις ανάγκες της διαδικασίας ενεργειακής ανάλυσης.

Απαίτηση για επί τόπου μετεωρολογικό ιστό

Θα πρέπει να υπάρχουν ποιοτικά δεδομένα του επί τόπου αιολικού δυναμικού από μετεωρολογικό ιστό προκειμένου να επιβεβαιωθεί η σωστή λειτουργία του εξοπλισμού. Τα δεδομένα του ιστού χρησιμοποιούνται για τον εντοπισμό των ακραίων τιμών που προκαλούνται από λειτουργικά προβλήματα και τον ηλεκτρικό ή ακουστικό θόρυβο και για τον προσδιορισμό των επιπτώσεων της αντανάκλασης του εδάφους, της ηχούς και της σύνθετης ροής. Ο ιστός δεν χρειάζεται να είναι ακριβώς δίπλα στον εξοπλισμό τηλεπισκόπισης, αλλά θα πρέπει να είναι εντός της περιοχής που καλύπτει το έργο και σε τοποθεσία με παρόμοιο αιολικό δυναμικό.

Η DNV αποθαρρύνει έντονα τη χρήση αυτόνομης συλλογής δεδομένων τηλεπισκόπησης όταν χρησιμοποιούνται για μελλοντικές εκτιμήσεις των ενεργειακών διαθεσίμων. Τουλάχιστον ένας κοντινός ανεμολογικός ιστός θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί για να υποστηρίξει την επιλογή της τοποθεσίας εγκατάστασης των οργάνων τηλεπισκόπησης.

Αποφεύγοντας τις επιδράσεις των κοντινών εμποδίων και του θορύβου

Σε δασικές περιοχές, κατά τη μέτρηση με SODAR, τα δέντρα πρέπει να κοπούν σε ένα μεγάλο κύκλο γύρω από το μέσο για να αποφευχθεί η αλλοίωση των δεδομένων από την αντανάκλαση του εδάφους. Η αποκοπή δέντρων σε απόσταση 20 μέτρων μεγαλύτερη από το μεγαλύτερο ύψος μέτρησης είναι η πιο συντηρητική προσέγγιση. Ανάλογα με τον προσανατολισμό της δέσμης και το όργανο μέτρησης αυτές οι συνθήκες μπορεί να γίνουν πιο χαλαρές. Σε δασικές περιοχές, κατά τη μέτρηση με Lidar, ένα ξέφωτο με ακτίνα τόσο μεγάλη όσο το ύψος των γύρω δέντρων είναι επαρκές. Ομοίως, η τοποθέτηση ενός Sodar 20 μέτρα μακρύτερα από το επιθυμητό μέγιστο ύψος της μέτρησης από στερεές κατασκευές που θα μπορούσαν να αντανακλούν τα σήματα είναι η πιο συντηρητική προσέγγιση της επιλογής θέσης. Ανάλογα με τη σχεδίαση του οργάνου, αυτές οι συνθήκες μπορεί να γίνουν πιο χαλαρές. Αν είναι δυνατόν, το SODAR θα πρέπει επίσης να προσανατολίζεται έτσι ώστε η ακουστική δέσμη να μην κατευθύνεται προς αυτά τα αντικείμενα.