A WRF modell alkalmazása szélenergetikai becslésekben Eötvös Loránd Tudományegyetem, Meteorológiai Tanszék Gyöngyösi András Zénó és Weidinger Tamás

Tartalom Motiváció Modellezési háttér szélenergia vizsgálatok a WRF rövid leírása bemenö adatok beágyazás szélenergia vizsgálatok vertikális interpoláció I. – új vertikális szint beillesztése vertikális interpoláció II. – modell utófeldolgozás Magyarországi vizsgálatok napi szél elörelejzáések Szél klimatológiai vizsgálatok Brazília – Cerea Olaszország – Tricase Következtetések, tervek

Motiváció Globális klímaváltozás – növekvö igény a megújuló energiaforrások iránt szoláris – túl drága biomassza égetés – megújuló, de CO2 kibocsátással a tüzelőanyag elosztás problematikus szél – az ipari mértékü hasznosítás már gazdaságos kontinentális viszonyok között is Igény a minél pontosabb szélelörejelzések iránt napi termelési tervek szolgálatába tervezett szélparkok helyének a minél megfelelöbb kiválasztásában Numerikus prognosztika a szélenergia termelés szolgálatában

Numerikus prognosztika a szélenergia szolgálatában Mind a tervezés mind a termelés fázisában szükséges energetikai szélmérések 100m körüli felszín feletti magasságban (kevés az ilyen jellegu” adat) termelési tapasztalat (kevés mu”ködo” szélpark van Magyarországon) numerikus modellek (viszonylag olcsó és ma már megbízható) Kontinentális szélviszonyok – mérsékelten szeles körülmények (U~2-4m s -1) Nagy az évek közötti változékonyság, a köbös függvény miatt ΔE = 3 ΔU térbeli változatosság a komplex felszín következtében szélsebesség nagy érzékenységet mutat a szélirányra az uralkodó szélirány gyakorisága a legtöbb részén az országnak 20% alatt marad Fentiek miatt az egyszeru” interpoláción alapuló módszerek nem megfelelo”ek Korszeru”, nagyfelbontású, komplex 3D numerikus ido”járási modellek

Modellezési háttér I. modell leírás NCEP Eta modell – hidrosztatikus többé nem támogatják WRF Modell – nem hidrosztatikus folyamatosan fejlesztik és támogatott nagyon bíztató eredményeket szolgáltatott operatív napi elo”rejelzésekben – verifikáció, modell illesztés (Mmo) hosszú távú modell futtatások szél klíma kutatás, tervezési célra Cereá (Brazília) – az Eta és WRF összevetése Tricase (Olaszország)

WRF Modell közösségi modell fejlesztés Nyílt forráskód, felhasználók és fejleszto”k köre jelento”s, folyamatosan nvekszik Rendszeres munkaértekezletek, továbbképzések, on-line támogatás A teljes összenyomhatatlan egyenletrendszer hanghullámok corrilolis és metrikus tagok flexibilis, hordozható számítógép architektúrák széles spektrumára Egy- és kétirányú beágyazás, mozgó- és örvény követo” beágyazott tartomány Vízszintes rács: Arakawa-féle C-típusú grid Fu”ggo”leges koordináta: hidrosztatikus nyomási (tömeg) alapú, felszínköveto” mind térben mind ido”ben változó, hiszen a felszíni nyomás is változó

WRF Modell leírás WPS: bemeno” adatok grid meghatározása modell domborzat valós adatok: GFS/FNL interpoláció a WRF grid-re 3D-Var, obs. data assimilation WRF megoldó –integrálás különbözo” parametrizáció diffúzió RH és HH sug. felho” fizika, Cu para PBL beágyazás ARWpost – kimeno” adat konverzió megjelenítéshez és utófeldolgozáshoz

Modellezési háttér II. a bemeno” adatok Korlátos tartomány  kezdeti és peremfeltételek Globális modell (GFS) anal és elo”rejelzés spektral triang. T254 (768x384x64) anal + 180 hr fcst. 6 óránként 3hr 0.5x0.5 fokonként 180-364 hr fcst 12 hr 2.5x2.5 fokonként Final Analysis adatbázis (FNL) 199907301800Z-tól napjainkig 6 hr 1x1 fokonként A megfigyelések legszélesebb köru” rendszerébo”l készül az operatív ciklus legvégén hosszú távú futtatásokhoz a legjobb választás

Modellezési háttér III. horizontális interpoláció: beágyazás

Szélenergia számítások I. Vertikális interpoláció A legjobb interpolációt maga a modell dinamika adja függo”leges rács finomítása a felszínen, új vertikális szintek beillesztése Változó magasságú szintek [Ps=Ps(t)] Utófeldolgozás – függ. interpoláció

Szélenergia számítások II. Modell utófeldolgozás Függ. interpoláció Logaritmikus szélprofil A hozamgörbe alkalmazása a széladatokra &

Numerikus vizsgálatok I. Mosonmagyaróvár Szél mezo” számítások Részletesebb adatok a Kisalföldre Mu”ködo” park Mosonmagyaróvár mellett ido” sorok (Teszt adatsor 2008 december) szélsebesség szélirány szélenergia Összehasonlítás szélmérésekkel és szélenergia termelési adatokkal Az illesztési paraméterek finomhangolása Szisztematikus modell hiba  modell utó-feldolgozási korrekciós tag beiktatása Más modell parametrizációk tesztelése

Numerikus vizsgálatok I. Mosonmagyaróvár – eredmények Szélirány függo” szisztematikus hiba W, NW, N irányok esetén: megfelelo” egyezés E, NE irányok: jelento”s hiba, DE: U < cut-in Fontos irány: N, NW (ero”s szelek) sector nu avg. [m s-1] error [%] M F C NNE 67 5.0 4.9 4.2 -9.5 -28.9 ENE 75 3.1 3.6 -11.8 ESE 130 5.7 9.8 8.4 38.8 28.2 SSE 116 7.0 7.6 -7.7 -29.0 SSW 94 6.0 9.3 7.9 27.0 14.1 WSW 21 4.3 4.4 3.7 24.5 -46.5 WNW 64 9.4 8.0 16.6 1.9 NNW 153 10.0 11.8 10.1 15.0 -0.01 avg/su 720 6.6 8.5 7.2 -9.0

Numerikus vizsgálatok II. Cerea, Brazília Dinamikusan feljo”do” energia piac Ceará állam hagyományos környezetbarát energiapolitika Tradicionális kapcsolatok Magyarországgal Megfelelo”en jól ellátott szélenergia tekintetében (passzát)

Numerikus vizsgálatok II. Cerea, Brazília – Eredmények Tervezett szélpark part menti és off-shore passzát szél övezet 1 éves integrálás (2006) összehasonlítás torony mérésekkel más modellekkel Eta (alul becslés) RAMS (CSU) WRF átlag – jó szórás – kevés

Batoque 2006 január Eta 2006 60 m 8,2 623 80 m 8,5 707 975 hPa 9,6 997 Szél [m/s] FL1500 [kW] 60 m 8,2 623 80 m 8,5 707 975 hPa 9,6 997

Paracuru 2006 január Eta 2006 u(60) 9,4 954 8,1 611 u(975hPa) 9,2 905 Torony Modell u(60) FL1500 [kW] 9,4 954 8,1 611 u(975hPa) 9,2 905

Conclusion, Future development The WRF model with the proper vertical grid and post processing is suitable for wind energy forecasts The short term forecast and long term climate integration yields proper results in support for planning both daily production and future developments The operational daily forecasts for the Western Transdanubium and the generation of a 100mAGL wind map for Hungary is in progress New project from the same customer for the off-shore area near Italy The inclusion of wind energy module to the WRF model code and the implementation of online calculation of energy yield instead of the a posteriori determination from 10 minute averages is in development.

Thank you for your attention!