ODTÜ TÜBİTAK UZAY TÜBİTAK UZAY

Transkript

1 onik nleri Elektro iği Gün 2011 ktrik E endisli Eylül Elek Mühe Türkiye de Rüzgârdan Üretilen Elektriksel Güç İçin İzleme ve Tahmin Sistemi Geliştirilmesi Projesi (RİTM) Prof. Dr. Muammer ERMİŞ Prof. Dr. Işık ÇADIRCI Erman TERCİYANLI ODTÜ TÜBİTAK UZAY TÜBİTAK UZAY

2 Sunum Planı 1. Genel Durum 2. Proje Özeti 3. RES Ölçüm Alt Sistemi 4. Rüzgâr Tahmin Alt Sistemi 5. Rüzgâr dan Üretilecek Olan Elektriksel Gücü Tahmin Alt Sistemi 6. Merkez Alt Sistemi 7. Kullanıcı Alt Sistemi 8. Sonuç 2

3 Genel Durum DOĞALGAZ 30.22% ATIK 0.20% ÇOK YAKITLI 7.50% JEOTERMAL 0.18% KÖMÜR 23.28% FUEL OIL 2.37% RÜZGAR 3.11% HİDROLİKİ İ 33.14% TÜRKİYE ELEKTRİK SİSTEMİ KAYNAK BAZINDA KURULU GÜÇLER (MW) 3

4 Genel Durum Lisans Türü Lisans Alınan Toplam Güç (MWe) Mevcut Kurulu Güç (MWe) Yatırım Aşamasındaki Toplam Güç (MWe) Otoprodüktör Lisansı Üretim Lisansı YİD TOPLAM RES LERDE MEVCUT DURUM (EPDK) 4

5 Genel Durum AKDENİZ % MARMARA % EGE % RES LERDE MEVCUT DURUM (EPDK) 5

6 Genel Durum Yıllık Ortalama Rüzgar Hızı - 50 m (m/s) Güç Yoğunluğu - 50 m (W/m 2 ) Kapasite (MW) , , ,92 >9.0 > ,84 TOPLAM DENİZ ÜSTÜ ALANLAR 10,013 21% KARASAL ALANLAR 37,836 79% TÜRKİYE RÜZGAR ENERJİSİ POTANSİYELİ (EİE) 6

7 Sunum Planı 1. Genel Durum 2. Proje Özeti 3. RES Ölçüm Alt Sistemi 4. Rüzgâr Tahmin Alt Sistemi 5. Rüzgâr dan Üretilecek Olan Elektriksel Gücü Tahmin Alt Sistemi 6. Merkez Alt Sistemi 7. Kullanıcı Alt Sistemi 8. Sonuç 7

8 Proje Özeti AMAÇ Rüzgar enerjisi santrallerinin (RES) Türkiye Elektrik Sistemi ne geniş ölçekli entegrasyonunun sağlanması Bir rüzgar gücü izleme ve tahmin sistemi geliştirmek ş ve bu sistemi Türkiye geneline yaygınlaştırmak 8

9 Proje Özeti PROJENİN ORGANİZASYONU Projenin Sahibi : Elektrik İşleri Etüt İdaresi Genel Müdürlüğü Projeyi Yürüten : TÜBİTAK UZAY / Güç Elektroniğiğ Bölümü Diğer Paydaş Başlama Tarihi : Süresi Web sayfası : Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğü : 3 yıl : tr 9

10 Proje Özeti SİSTEM İ MİMARİSİİ İ İ 10

11 Proje Özeti AKDENİZ EGE - MARMARA MARMARA AKDENİZ 100, % 36% EGE 208,4 43% İZLENEN SANTRALLER 11

12 Proje Özeti Santral No R001 R002 R003 R004 R005 R006 R007 R008 R009 R010 Santral Adı Yeri Firma Hub Yüksekliği (m) Kurulu Gücü (MW) Aliağa Res AyyıldızRes Bandırma 2 Res (BARES) Bandırma Res Belen Res Bores Burgaz Res Mare Manastır Gökçedağ Res Soma Res İzmir Aliağa Balıkesir Bandırma Balıkesir Bandırma Balıkesir Bandırma Hatay Bl Belen Çanakkale Bozcaada Çanakkale Gelibolu İzmir Çeşme Osmaniye Bahçe Manisa Soma TOPLAM Bilgin Ak Enerji Bilgin 54,7 30 Borusan Gürişş Demirer 40 10,2 Polat-Demirer 64/55/54 14,9 Demirer 49/54 39,2 Zorlu Polat 55/65 79,2 479, MW İZLENEN SANTRALLER 12

13 Sunum Planı 1. Genel Durum 2. Proje Özeti 3. RES Ölçüm Alt Sistemi 4. Rüzgâr Tahmin Alt Sistemi 5. Rüzgâr dan Üretilecek Olan Elektriksel Gücü Tahmin Alt Sistemi 6. Merkez Alt Sistemi 7. Kullanıcı Alt Sistemi 8. Sonuç 13

14 RES Ölçüm Alt Sistemi PV Panel Internet MERKEZ İSTASYON GPRS GÜÇ MODÜLÜ Akü Şarj Denetleyicisi GPRS Modem Akü Grubu Seri Port Opsiyonel Güç Girişi ÖLÇÜMLER Data Logger (Veri Toplayıcı) Analog Kanallar Opsiyonel Ethernet Girişi Anemometre Rüzgar Yön Sensörü Nem Sensörü GPS Sıcaklık Sensörü Basınç Sensörü GPS Modülü Sensör Modülü Anemometre Rüzgar Yön Sensörü Nem Sensörü Sıcaklık Sensörü Uydu Basınç Sensörü Ağ Bağlantı Modülü GPS Modülü DataLogger Modülü Güç Modülü Ölçüm Direği 14

15 RES Ölçüm Alt Sistemi AYYILDIZ RES S RGİ Gİ Kurulumu ((RGİ Gİ 001)) 15

16 RES Ölçüm Alt Sistemi BORES RGİ Kurulumu (RGİ 002) 16

17 RES Ölçüm Alt Sistemi 17

18 RES Ölçüm Alt Sistemi AKIM ve GERİLİM DALGA BİLGİSİ SİNYAL ANALİZİ ETKİN DEĞER ANALİZİ OLAY ANALİZİ - Gerilim RMS (10 Çevrim) - Frekans (10 sn.) - Gerilim çukuru -Akım RMS (10 Çevrim) - Aktif Güç, Reaktif Güç, Görünen Güç (10 Çevrim) - Güç Faktörü (10 Çevrim) - 40 Harmonik (V&I) (10 Çevrim) -Kısa Süreli Fliker (10 dak.) - Gerilim Tepesi - Gerilim Kesintisi 3 saniyelik olay gerilim ve akım dalga şekilleri RÜZGAR GÜCÜ ÇÖZÜMLEYİCİSİ -40 İnterHarmonik (V&I) (10 Çevrim) - Dengesizlik (10 Çevrim) ANALİZ YAZILIMI 10 Saniyelik Ortalama DEPOLAMA / ŞİFRELEME Rüzgar Enerjisi İzleme ve Tahmin Merkezi 18

19 RES Ölçüm Alt Sistemi RÜZGAR GÜCÜ ÇÖZÜMLEYİCİSİ UZAKTAN BAĞLANTI ARAYÜZÜ 19

20 RES Ölçüm Alt Sistemi RES OLAY VERİLERİİ İ 20

21 RES Ölçüm Alt Sistemi RÜZGAR GÜCÜ ÇÖZÜMLEYİCİSİ MONTAJ FOTOLARI (AYYILDIZ RES) 21

22 RES Ölçüm Alt Sistemi RÜZGAR GÜCÜ ÇÖZÜMLEYİCİSİ MONTAJ FOTOLARI (BANDIRMA RES) 22

23 RES Ölçüm Alt Sistemi RÜZGAR GÜCÜ ÇÖZÜMLEYİCİSİ MONTAJ FOTOLARI (BURGAZ RES) 23

24 RES Ölçüm Alt Sistemi RES SCADA Sistemi : Veriler mevcut scadaların veritabanlarında tutulur. t Ölçüm Periyodu:*1 sn, *10dk, *1gün Merkez Bina Bilgi işlem : Veriler santralden VPN ağı ve OPC üzerinden aktarılır. Bir günlük veriler, FTP Sunucu üzerinde bulunan FTP klasöründe otomatik olarak oluşturulur. l RİTM Sunucu : FTP Sunucuya FTP istemcisi aracılığıyla bağlanılarak veriler RİTM veritabanına aktarılır. Aktarım Periyodu: Günde 1 defa 24

25 Sunum Planı 1. Genel Durum 2. Proje Özeti 3. RES Ölçüm Alt Sistemi 4. Rüzgâr Tahmin Alt Sistemi 5. Rüzgâr dan Üretilecek Olan Elektriksel Gücü Tahmin Alt Sistemi 6. Merkez Alt Sistemi 7. Kullanıcı Alt Sistemi 8. Sonuç 25

26 Rüzgar Tahmin Alt Sistemi Orta ölçekli sayısal hava tahminleri DMİ den alınmakla birlikte proje kapsamında model çalıştırılmaktadır. DMİ, SHT modeli olarak ALADIN modelini kullanılmaktadır. Gelecekteki 48 saat için yapılan tahminler sisteme aktarılmaktadır. Tahminler 4 km çözünürlüktedir. 26

27 Rüzgar Tahmin Alt Sistemi İkinci SHT modeli olarak WRF kullanılmaktadır. Modelin başlangıç koşulu olarak GFS ve ECMWF kullanılmaktadır. Modeller 2 km çözünürlükte öüülükt koşturulmaktadır. kt Projenin ilk aşamasında, gelecekteki 48 saat için sonuçlar üretilmekle birlikte, daha uzun sürelerde tahmin alınması planlanmaktadır. 27

28 Sunum Planı 1. Genel Durum 2. Proje Özeti 3. RES Ölçüm Alt Sistemi 4. Rüzgâr Tahmin Alt Sistemi 5. Rüzgâr dan Üretilecek Olan Elektriksel Gücü Tahmin Alt Sistemi 6. Merkez Alt Sistemi 7. Kullanıcı Alt Sistemi 8. Sonuç 28

29 Rüzgardan Üretilecek Elektriksel Gücü Tahmin Alt Sistemi Rüzgar tahminleri kullanılarak RES bazında ve il izlenen tüm RES ler içini rüzgardan üretilen elektriksel gücün tahminleri yapılmaktadır. Tahminler saatlik ve 15 sn lik dönemlerde ve gelecek 48 saat için yapılmaktadır. Üç temel yaklaşım: Fiziksel yaklaşım, İstatistiksel yaklaşım ve Melez (Hibrid) yaklaşım 29

30 Rüzgardan Üretilecek Elektriksel Gücü Tahmin Alt Sistemi Fiziksel Yaklaşım 30

31 Rüzgardan Üretilecek Elektriksel Gücü Tahmin Alt Sistemi Fiziksel Tahmin Modeli Akış Şeması 31

32 Rüzgardan Üretilecek Elektriksel Gücü Tahmin Alt Sistemi Santral sahasının modellerde kullanılacak haritası, topografik haritalar ve pürüzlülük haritaları GIS yazılımları kullanılarak hazırlanır. 32

33 Rüzgardan Üretilecek Elektriksel Gücü Tahmin Alt Sistemi Hazırlanan haritalara santral yerleşimi yapılır ve hesaplamalı akışkanlar dinamiği yazılımları ile rüzgar akışı modellenir. 33

34 Rüzgardan Üretilecek Elektriksel Gücü Tahmin Alt Sistemi Fiziksel modülde, santral sahası WAsP ya da WindSim yazılımları kullanılarak modellenmekte ve belirlenen bir nokta için rüzgar ile güç arasındaki ilişki belirlenmektedir. RES Rüzgar Güç Eğrisi 34

35 Rüzgardan Üretilecek Elektriksel Gücü Tahmin Alt Sistemi Santral sahasına indirilen rüzgar verileri santral rüzgar-güç eğrileri yardımı ile güce dönüştürülür ya da doğrudan orta ölçekli tahminler güce dönüştürülür. Santral sahasına indirilen rüzgar verileri Santral Rüzgar-güç güç eğrisi Direk güç tahminleri (W2P) Santral güç tahminleri 35

36 Rüzgardan Üretilecek Elektriksel Gücü Tahmin Alt Sistemi Fiziksel Tahmin Modeli Çıktıları Tarihinde Santral Üretimi i ve Th Tahminleri i Güç (MW) Santral Üretim 30 Santral Model 1 Santral Model 2 20 Santral Model Saat NORMALİZE ORTALAMA MUTLAK HATALAR Model 1 % 8.95 Model 2 % 8.03 Model 3 %

37 Rüzgardan Üretilecek Elektriksel Gücü Tahmin Alt Sistemi Fiziksel Tahmin Modeli Çıktıları Tarihinde Toplam Üretim ve Th Tahminler Güç (M MW) Toplam Üretim Toplam Model 1 Toplam Model 2 Toplam Model Saat NORMALİZE ORTALAMA MUTLAK HATALAR Model 1 % 4.82 Model 2 %2.85 Model 3 %

38 Rüzgardan Üretilecek Elektriksel Gücü Tahmin Alt Sistemi İstatistiksel Yaklaşım 38

39 Rüzgardan Üretilecek Elektriksel Gücü Tahmin Alt Sistemi İstatistiksel Tahmin Modeli Akış Şeması ORTA ÖLÇEKLİ SAYISAL HAVA TAHMİN MODELİ RÜZGAR-GÜÇ Ü MODÜLÜ Ü Arazi karakteristiği girdi olarak kullanılmamakta, YÜZEY UYARLAMASI GÜÇ TAHMİNİ lokal rüzgar tahminleri YÜZEY RÜZGARI MODEL ÇIKTI İSTATİSTİĞİ (MOS) 2 istatistiksel modelle yapılmaktadır. İSTATİSTİKSEL MODEL GÜÇ TAHMİNİ LOKAL RÜZGAR TAHMİNİ 39

40 Rüzgardan Üretilecek Elektriksel Gücü Tahmin Alt Sistemi RES Güç Tahmini için Kullanılan Modeller Orta Ölçekli SHT Modelleri Mikro ölçekte Modeller Taşınmış rüzgar verisi İlk Koşullar ECMWF GFS WRF (2 km çözünürlük) ALADIN (4 km çözünürlük) Fiziksel Modeller (CFD) İstatistiksel Modeller (ANN, SVM) W2P Rüzgar- Güç Eğrisi Güç tahminleri 40

41 Rüzgardan Üretilecek Elektriksel Gücü Tahmin Alt Sistemi 41

42 Sunum Planı 1. Genel Durum 2. Proje Özeti 3. RES Ölçüm Alt Sistemi 4. Rüzgâr Tahmin Alt Sistemi 5. Rüzgâr dan Üretilecek Olan Elektriksel Gücü Tahmin Alt Sistemi 6. Merkez Alt Sistemi 7. Kullanıcı Alt Sistemi 8. Sonuç 42

43 Merkez Alt Sistemi İzleme ve Tahmin Merkezi toplanan tüm meteorolojik ve elektriksel veriler ile yapılan tahminlerin etkin bir şekilde yönetilebilmesini sağlamaktadır. RES lere monte edilen Rüzgar Gücü Çözümleyicilerinden alınan ölçüm verileri RGİ lerden alınan meteorolojik veriler DMİ den alınan SHT verileri Rüzgar ve Rüzgar Gücü Tahmin Alt Sistemlerinden alınan verileri veritabanında saklanmakta ve kullanıcı alt sistemine girdi olarak sunulmaktadır. 43

44 Merkez Alt Sistemi RİTM Merkezin Genel Mimarisi 44

45 Merkez Alt Sistemi 45

46 Merkez Alt Sistemi 46

47 Sunum Planı 1. Genel Durum 2. Proje Özeti 3. RES Ölçüm Alt Sistemi 4. Rüzgâr Tahmin Alt Sistemi 5. Rüzgâr dan Üretilecek Olan Elektriksel Gücü Tahmin Alt Sistemi 6. Merkez Alt Sistemi 7. Kullanıcı Alt Sistemi 8. Sonuç 47

48 Kullanıcı Alt Sistemi Proje paydaşlarının elde edilen verilere ve yapılan tahminlere ulaşabilmelerini sağlamak amacıyla çeşitli kullanıcı yazılımları geliştirilmiştir: Analiz/Raporlama Yazılımı Gerçek Zamanda İzleme Yazılımı Harita Tabanlı İzleme Yazılımı Web Tabanlı İzleme l Yazılımı 48

49 Web Sayfası 49

50 Web Sayfası 50

51 Kullanıcı Alt Sistemi Analiz/Raporlama Yazılımı 51

52 Kullanıcı Alt Sistemi Gerçek Zamanlı İzleme ve Tahmin Yazılımı 52

53 Kullanıcı Alt Sistemi Harita Tabanlı İzleme Yazılımı 53

54 Sunum Planı 1. Genel Durum 2. Proje Özeti 3. RES Ölçüm Alt Sistemi 4. Rüzgâr Tahmin Alt Sistemi 5. Rüzgâr dan Üretilecek Olan Elektriksel Gücü Tahmin Alt Sistemi 6. Merkez Alt Sistemi 7. Kullanıcı Alt Sistemi 8. Sonuç 54

55 Sonuç RES lerin anlık güç üretimleri eşzamanlı olarak RİTM Merkez den 3 sn lik ortalamalar halinde izlenebilmektedir. Halihazırda 9 adet RES için yapılan çalışmalar sonucunda RES lerin gelecekteki 48 saat için güç tahminlerinin yüksek doğrulukta yapılabildiği gözlenmiştir. Aylık bazda RES ler toplamı NMAE < %8 Aylık bazda her bir RES için NMAE = % 8-12 İkinci i aşamada sistemin i kurulu gücü ü 20 MW ın üzerinde olan toplam 20 adet RES e, daha sonra ise ülke geneline yaygınlaştırılması hedeflenmektedir. 55

56 tr

57 Teşekkürler ş