Szélenergetikai számítások az ETA mezoskálájú modell alkalmazásával Weidinger Tamás és Gyöngyösi András Zénó ELTE Meteorológiai Tanszék A szerzők köszönetet mondanak Dr. Lajos Tamásnak (BME Áramlástani Tanszék), Kiss Ádámnak (ELTE Atomfizikai Tanszék), Bánfalvi Gábornak (Netpont BT) és az Universidade Estadual do Ceará Campus do Itapery - Fortaleza szélenergetikai vizsgálatokkal foglalkozó munkatársainak.

Tartalomjegyzék Problémafelvetés: miért is a szélenergia vizsgálat Szélerőművek Mosonmagyaróváron, a szélteljesítmény mérése, becslése és modellezése – bizonytalanságok A brazíliai példa: szélenergia becslés – Ceará állam A passzát szél – évek közötti változékonyság A brazíliai szélbecslési eljárás (a RAMS modell alapján) A hazai módszerfejlesztés (az ETA modell alapján) Összefoglaló megjegyzések

A szélenergetikai becslések illetve előrejelzések meteorológiai vonatkozásai Bemenő adatok (GCM, NCEP, ERA-40, ECMWF, mérések.) Éghajlati adatsorok, statisztikák Mezoskálájú modell (pl. ALADIN, MM5, RAMS, ETA, WRF) MOS (modell output statisztika) Lokális modellszámítás (pl. WasP, LES) Interpoláció, lokális skála Utófeldolgozás Energetikai becslés, előrejelzés Nagyfelbontású adat-bázisok: pl. domborzat Felszíni modell paraméterek (domborzat, vegetáció, érdesség, albedó, talajféleség, stb.)

Magyarországi példa – Mosonmagyaróvár

Alapvető statisztikák a havi széleloszlások alapján, 1970-1987 Állomás U m/s (Umin-U)/U (Umax-U)/U (U3min-U3)/U3 (U3max-U3)/U3 Győr 2,70 -11,8% 14,3% -40,3% 31,5% Sopron 4,38 -8,9% 6,7% -21,6% 13,1% Szombathely 3,39 -14,1% 14,4% -33,9% 82,3% Pápa 2,56 -11,1% 8,0% -30,6% 26,3% Siófok 3,17 -21,0% 23,4% -42,8% 58,8% Budaőrs 2,88 -14,7% 16,5% -34,8% 58,9% Budapest 2,87 -15,9% 19,9% -46,9% 72,7% Szeged 3,32 -6,5% 9,6% 23,5% Kékestető 4,40 -23,1% 12,8% -55,2% 35,5%

Szélerőmű teljesítmény becslés U(65 m) = 4,8 m/s U(115 m) = 5,8 m/s

Szélbecslés az ETA modell alkalmazásával

Második példa: Brazília – CEARÁ Dinamikusan fejlődő energia piac évi 4,5% A szélenergia termelés bekerülési költsége: 39-84 US$/MWh A teljes szélenergia potenciál becsült értéke: 143×103 MW A brazil - magyar együttműködés céljai Szélenergia potenciál becslésének fejlesztése: módszertan, modellek kölcsönös ellenőrzése, szakértői tevékenység. Ceará állam: környezetbarát állami politika, hagyományok a mérésben és a szélerőmű telepítésben , tradicionális ipari kapcsolatok Magyarországgal, több mint 2000 MW beépített teljesítmény

Brazília szélklímája Ceará állam Klímadiagram Fortaleza Hónap Hőmérséklet [oC] Csapadék [mm] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Hónap Month Brazília szélklímája Szélsebesség eloszlás 50 m-es felszín feletti magasságban

Akkor hát fújjuk a passzát szelet! Adatbázis Szinoptikus állomások adatai (6 db) 2001-től, Toronymérések 2004-2006. Mezoskálájú előrejelzési modellek RAMS Regional Atmospheric Modeling System (Colorado State University), ETA-model (NCEP, korábban NMC, Washington).

A szélmező változákonysága Fortalesa repülőtér (u [m/s]) Év 2001 2002 2003 2004 2005 2006 Sum Átlag 3,9 4,1 4,4 4,8 4,7 Szórás 1,9 2,1 2,0 Toronymérések 2005. és 2006. január Paracuru 2005 8,4 2,3 8,55 0,07 0,15 2006 10,2 1,55 10,4 1,6 0,04 Camocim 2005 8,0 3,4 8,25 3,3 0,15 0,18 2006 9,1 9,55 0,21 0,16

Az ETA Modell számítás Mezoskálájú nem-hidrosztatikus modell. Számítási terület: Ceará állam térsége. Finom rácsfelbontás: 2 km x 2 km. A tartomány közepe: S 4o, W 38o Kezdeti és peremfeltételek NCEP globális modelljéből 2006-ra. Modell integrálás: automatikus futtatások, 48 órás előrejelzések naponta.

ETA modell tartomány

Előrejelzési idő [óra] Szélprofil számítás 975 hPa Lineáris profil Turbina magasság 1000 hPa Hatvány profil Előrejelzési idő [óra]

Átlagos szélsebesség 10 m-en 2006. jan. 1-10. 40,5W 40,2W 39,9W 39,6W 39,3W 38,0W 38,7W 38,4W 38,1W 2,6S 2,8S 3,0S Keresztmetszet 3,2S 3,4S Batoque 3,6S 3,8S 4,0S

Átlagos szélsebesség, 1000 hPa 2006. jan. 1-10. 40,5W 40,2W 39,9W 39,6W 39,3W 38,0W 38,7W 38,4W 38,1W 2,6S 2,8S 3,0S 3,2S 3,4S 3,6S 3,8S 4,0S

Átlagos szélsebesség 975 hPa, 2006. jan. 1-10. 40,5W 40,2W 39,9W 39,6W 39,3W 38,0W 38,7W 38,4W 38,1W 2,6S 2,8S 3,0S 3,2S 3,4S 3,6S 3,8S 4,0S

Átlagos szélsebesség 950 hPa, 2006. jan. 1-10. 40,5W 40,2W 39,9W 39,6W 39,3W 38,0W 38,7W 38,4W 38,1W 2,6S 2,8S 3,0S 3,2S 3,4S 3,6S 3,8S 4,0S

A szélmező keresztszelvénye – esettanulmány u [m/s] H [m] u(975 hPa) Bizonytalanság: ~0,5-1 m/s u(1000 hPa) u(10 m) Felszín

A mért és a modellezett szélmező, 2006. január 1–10. Torony Modell u(60) FL1500 [kW] 9,4 954 8,1 611 u(975hPa) 9,2 905

Modellezett szél, 2006. január. BATOQE Modellezett szél, 2006. január. Szélirány 2006 Szél [m/s] FL1500 [kW] 60 m 8,2 623 80 m 8,5 707 975 hPa 9,6 997

Összefoglalás Szélenergetikai becslést készítettünk mezoskálájú modell eredmények felhasználásával Magyarországra és Brazíliára – a numerikus modell új eszközzé vált. A szélsebesség évek közötti változékonysága fontos tényező a hosszú távú energetikai becsléseknél- Az óceán parti felszínközeli szélsebességi mezőt alábecsli az ETA model. A numerikus modell kiértékelésénél a rácspont válasz-tásától függő hiba (0,5 - 1 m/s) nem elhanyagolható – fontosak a modell output statisztikák.