Ένας Διαβαθμισμένος Οδηγός για τον Σχεδιασμό Θαλάσσιων Αιολικών Πάρκων στην Μεσόγειο, σε όλη την έκτασή της και σε συγκεκριμένες περιοχές
Από RemoteSensing Wiki
A numerical approach for planning offshore wind farms from regional to local scales over the Mediterranean
Irena Balog a, *, Paolo M. Ruti b, Isabelle Tobin c, Vincenzo Armenio a, Robert Vautard c a Doctoral School ‘Environmental and Industrial Fluid Mechanic’, EIFM, Dipartimento di Ingegneria e Architettura, Universta degli Studi di Trieste, P.le Europa 1, 34127 Trieste, Italy b ENEA Italian National Agency for New Technologies, Energy and Sustainable Economic Development, UTMEA-CLIM Energy Environment Modeling Unit e Climate & Impact Modeling Laboratory, Casaccia, Via Anguillarese, 301, 00123 Santa Maria di Galeria, Roma, Italy c Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement, IPSL, UMR 8212 CEA-CNRS-UVSQ CEA Saclay, l’Orme des Merisiers, 91191 Gif-sur-Yvette, France
πηγή: [1]
Μετάφραση και Περίληψη
Θέμα:
Υπάρχει ανάγκη αξιοποίησης της αιολικής ενέργειας και η δημιουργία παράκτιων, θαλάσσιων πάρκων είναι αρκετά υποσχόμενη. Όμως, η εκτίμηση του αιολικού δυναμικού με επίγειες παρατηρήσεις είναι αρκετά δύσκολη εξαιτίας της διασποράς των σημείων μέτρησης και της ασυνέχειας στις μετρήσεις. Για αυτό το λόγο, χρησιμοποιούνται συχνά δορυφορικές μετρήσεις με σκεδασιόμετρο, στις οποίες προσδιορίζεται η διαταραχή στην επιφάνεια της θάλασσας και εξάγονται τα χαρακτηριστικά των ανέμων. Σε αυτή την μελέτη χρησιμοποιούνται δύο διαφορετικά RCM (Regional Climate Models), δηλαδή μοντέλα περιγραφής του κλίματος, για να καλυφθούν τα κενά των επίγειων μετρήσεων στο προσδιορισμό του πεδίου των ανέμων. Σε αυτά τα RCM διεξάγονται 4 προσομοιώσεις. Στην συνέχεια, τα δεδομένα που προκύπτουν συγκρίνονται με τηλεπισκοπηκά δεδομένα για να αξιολογηθεί η ικανότητα προσομοίωσης. Τέλος, εφαρμόζεται μία τεχνική εκτίμησης του δυναμικού ενέργειας που μπορεί να παραχθεί από τους ανέμους.
Δεδομένα και Εργαλεία:
Οι τηλεπισκοπηκές μετρήσεις λήφθηκαν από τον δορυφόρο QuikSCAT της NASA, στον οποίο υπάρχει ενσωματωμένο σκεδασιόμετρο. Τα διαθέσιμα δεδομένα ξεκινούν από τις 19 Ιουλίου 1999 και φτάνουν μέχρι το τέλος του 2009. Ο δορυφόρος εκτελεί μετρήσεις στο ίδιο σημείο, 2 φορές την ημέρα στις 06:00 και 18:00. Το τόξο που σχηματίζει ο παλμός, τον οποίο εκπέμπει το σκεδασιόμετρο στην γη, έχει μήκος 1800km και καθημερινά σαρώνεται το 90% των ωκεανών της γης. Με χρήση της παρεμβολής Kriging προσδιορίζονται καθημερινά οι άνεμοι σε ύψος 10m πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας με ανάλυση 0,5x0,5o σε κανονικό δίκτυο. Για την αποφυγή των σφαλμάτων εξαιτίας συννεφιάς, ο QuikSCAT διαθέτει το εργαλείο rain flag, το οποίο χρησιμοποιήθηκε στην συγκεκριμένη έρευνα. Η εγκυρότητα του QuikSCAT για την Μεσόγειο έχει εξεταστεί από επίγειες μετρήσεις. Οι προσομοιώσεις στα δύο RCM έγιναν στα εργαστήρια ENEA UTMEA-CLIM και IPSL-LSCE. Το πρώτο εργαστήριο εκτέλεσε 2 προσομοιώσεις μία με το πρόγραμμα RegCM3 και μία με συνδυασμό PROTHEUS και MITgcm. Το IPSL-LSCE έκανε κι αυτό 2 προσομοιώσεις με το εργαλείο Weather Research and Forecasting Model (WRF, version 3.3.1). Η 1η με το WRF11 και η 2η με το WRF44. Ύστερα, έγινε επικάλυψη των χωρικών και χρονικών αναλύσεων κάθε προσομοίωσης ώστε να μπορεί να συγκριθεί με τα δεδομένα του δορυφόρου. Με αυτό τον τρόπο εξετάστηκε η περίοδος 2000-2008. Τα δεδομένα των RCMs ελέγχθηκαν και ως προς τα αποτελέσματά τους στην στεριά με επίγειες μετρήσεις στον Κόλπο του Λιονταριού (Gulf of Lion). Για την εκτίμηση της ενέργειας που μπορεί να παραχθεί από αιολικά πάρκα, εφαρμόστηκε μία μαθηματική διαδικασία που είχε ως ζητούμενο την μέση ετήσια ταχύτητα των ανέμων.
Αποτελέσματα Μεθόδων:
Από τις διαδικασίες που εφαρμόσθηκαν προέκυψαν χάρτες μέσης ταχύτητας ανέμων και τυπικής απόκλισης τους για κάθε εποχή, ετήσια και σε όλες τις περιοχές της Μεσογείου. Η σύγκριση των δεδομένων των RCMs και του QuikSCAT, έγινε στην χαμηλότερη χωρική ανάλυση του δορυφόρου και σε χρονικό διάστημα έτους υπολογίζοντας από τον δορυφόρο και από τις προσομοιώσεις τις ετήσιες τιμές. Έτσι, φάνηκαν από την αντιπαραβολή κάθε διαδικασίας με τα δορυφορικά δεδομένα να έχουν γίνει υπερεκτιμήσεις και υποτιμήσεις σε διαφορετικό βαθμό, όπως φαίνεται στην εικόνα 2.
Η συσχέτιση των μεθόδων προσομοίωσης με τα δορυφορικά δεδομένα φαίνεται στην εικόνα 3: Οι καλύτερες συσχετίσεις τόσο για την ταχύτητα όσο και για την ένταση των ανέμων επιτεύχθηκαν από το μοντέλο WRF44.
Συνεχίζοντας η μελέτη κατασκεύασε χάρτες και διαγράμματα:
- που ταξινομούσαν τις περιοχές της Μεσογείου σε 7 κατηγορίες ανάλογα με το δυναμικό αιολικής ενέργειας (σε κάθε προσομοίωση και στα δορυφορικά δεδομένα)
- που αποτύπωναν το εμβαδό κάθε κατηγορίας (σε κάθε προσομοίωση και στα δορυφορικά δεδομένα)
- που έδειχναν τις ημέρες ανά έτος που μπορούμε να έχουμε παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας (σε κάθε προσομοίωση και στα δορυφορικά δεδομένα)
- που ανέλυαν πόσες ημέρες αντιστοιχούν σε επίπεδα ανέμων, όπου οι ανεμογεννήτριες μπορούν να παράξουν ενέργεια, ή σε επίπεδα ανέμων όπου οι ανεμογεννήτριες πρέπει να σταματήσουν να λειτουργούν (σε κάθε προσομοίωση και στα δορυφορικά δεδομένα)
Από αυτές τις αναλύσεις προέκυψε ότι:
- Ο QuikSCAT δεν παρουσιάζει δεδομένα για χαμηλές ταχύτητες ανέμων (κατηγορίες 1,2). Ενώ όλα τα μοντέλα παρουσιάζουν με παραπλήσιο τρόπο την ύπαρξη τέτοιων ταχυτήτων.
- Την καλύτερη αντιστοιχία με τα δορυφορικά δεδομένα για μικρές-μεσαίες ταχύτητες (κατηγορίες 3,4) παρουσιάζει το WRF11 και λιγότερο το WRF44
- Για μεσαίες προς υψηλές ταχύτητες (κατηγορία 5) το RegCM3 και PROTHEUS προσεγγίζουν καλύτερα τα δεδομένα του QuikSCAT
- Για μεγάλες ταχύτητες (κατηγορία 6) ο QuikSCAT συμφωνεί πιο πολύ με τα RegCM3 και WRF11
- Στις μεγαλύτερες ταχύτητες (κατηγορία 7) τα RegCM3 και WRF44 συμβαδίζουν με τα δορυφορικά δεδομένα
- Τα μοντέλα δεν μπορούν να προβλέψουν την πληθώρα διακυμάνσεων που παρουσιάζονται στα δορυφορικά δεδομένα
- Οι περιοχές που αναγνωρίστηκαν ως οι πιο ενδιαφέρουσες για αξιοποίηση της αιολικής ενέργειας ήταν οι ακτογραμμές της Ισπανίας, της Γαλλίας και το Ελληνικό αρχιπέλαγος.
Έτσι στα πλαίσια αυτής της έρευνας, πιο ειδική μελέτη έγινε για τον Κόλπο των Λιονταριών και για την θαλάσσια περιοχή της Κρήτης με γνώμονα την δυναμική τους. Ακόμα, επιλέχτηκε η περιοχή Βόρειας Αδριατικής ως η σημαντικότερη για να εξεταστεί η αξιοπιστία των RCMs. Αυτές οι περιοχές εξετάστηκαν ως προς τα ετήσια στοιχεία του πεδίου ανέμων και τις διακυμάνσεις εντός του έτους.
Συμπεράσματα:
Η έρευνα αυτή καταλήγει ότι το αποτελεσματικότερο μοντέλο RCM ,από αυτά που εξετάστηκαν, σχετιζόμενο με τις μετρήσεις του QuikSCAT, για την μελέτη του αιολικού δυναμικού, είναι το WRF11. Η συμβολή της μελέτης έγκειται στην αξιοποίηση των Τηλεπισκοπικών δεδομένων και των RCMs για να ξεπεραστούν τα όρια των επίγειων μετρήσεων, ώστε να έχουμε την καλύτερη επιλογή περιοχών που θα δημιουργηθούν αιολικά πάρκα. Καθώς, η χρήση αυτών των δεδομένων μέχρι την έκδοση της δημοσίευσης ήταν περιορισμένη. Επίσης, αποσκοπεί στην δημιουργία εργαλείων που θα καθοδηγούν την βιομηχανία αιολικής ενέργειας. Περιέχει διαβαθμισμένες πληροφορίες (κατηγορίες), που θα δηλώνουν την αξία περιοχών για κατασκευή αιολικών πάρκων. Κι αυτό για μεγάλες εκτάσεις, όπως η Μεσόγειος.
