يؤدي التنبؤ الدقيق بالطاقة الشمسية إلى تحويل الأصول المتجددة المتغيرة إلى مصدر طاقة يمكن التحكم فيه ويمكن التنبؤ به. بالنسبة لمشغلي الشبكات، يعد التنبؤ بالطاقة الشمسية أمرًا ضروريًا لجدولة الإرسال والموازنة. بالنسبة لمشغلي تخزين البطاريات، تعمل تنبؤات التوليد مباشرة على توجيه جداول الشحن/التفريغ الخاصة بـ BESS وتحديد مقدار المراجحة أو إيرادات الخدمة الإضافية التي يمكن الحصول عليها. مع تزايد انتشار الطاقة الشمسية على مستوى العالم، أصبحت القدرة على التنبؤ عامل تمييز تنافسي أساسي.
لماذا يعتبر التنبؤ بالطاقة الشمسية مهمًا لعمليات BESS
لا يمكن تشغيل محطة BESS الموجودة في نفس الموقع مع الطاقة الشمسية على النحو الأمثل إلا إذا كان المشغل يعرف، بثقة معقولة، مقدار توليد الطاقة الشمسية المتوقع خلال الـ 2-48 ساعة القادمة. بدون توقعات:
- قد يتم تفريغ BESS خلال النهار (مع توقع أن تتعامل الطاقة الشمسية مع الحمل) عندما يقلل الغطاء السحابي من إنتاج الطاقة الشمسية - مما يؤدي إلى استيراد الشبكة وتفريغ BESS بشكل متزامن
- قد يحمل BESS الرسوم (في انتظار حدث ذروة الطلب الذي لا يتحقق)، مما يؤدي إلى فقدان فرص المراجحة في شروط الاستخدام
- تتطلب العطاءات في سوق الجملة التنبؤ قبل 24 إلى 48 ساعة؛ تؤدي التوقعات الضعيفة إلى عقوبات اختلال التوازن في نقص / زيادة الإنتاج في الأسواق في الوقت الحقيقي
آفاق التوقعات والتطبيقات
| الأفق | الاسم | التطبيق | أفضل طريقة |
|---|---|---|---|
| 0-2 ساعات | التنبؤ الآني / خلال اليوم | إرسال BESS في الوقت الحقيقي والخدمات الإضافية | كاميرات السماء، صور الأقمار الصناعية |
| 2-6 ساعات | قصير المدى | عطاءات السوق خلال اليوم، جدولة BESS | التنبؤ العددي بالطقس (NWP) + ML |
| 6-48 ساعة | اليوم التالي | تقديم عطاءات السوق قبل يوم، وجدولة الصيانة | مجموعات التنبؤ العددي بالطقس (NWP)، المعالجة اللاحقة الإحصائية |
| 7-30 يومًا | متوسطة المدى | تخطيط الموارد وجدولة التشغيل والصيانة | نماذج التنبؤ العددي العددي الموسمية والبيانات المناخية |
| 1-30 سنة | طويل الأجل (تقييم الموارد) | تمويل المشاريع، تحليل إنتاجية الطاقة | مجموعات بيانات القمر الصناعي TMY (Solargis، Meteonorm) |
طرق التنبؤ بالإشعاع
1. التنبؤ العددي بالطقس (NWP)
تحاكي نماذج التنبؤ العددي بالطقس (GFS، ECMWF، NAM) الغلاف الجوي من المبادئ الأولى، وتنتج تنبؤات شبكية للإشعاع الأفقي العالمي (GHI) ودرجة الحرارة والرياح والغطاء السحابي بدقة مكانية تتراوح من 1 إلى 25 كم. يعد ECMWF عمومًا نموذج التنبؤ العددي بالطقس (NWP) الأكثر دقة على مستوى العالم؛ GFS متاح مجانًا. القيود: تتميز نماذج التنبؤ العددي بالطقس (NWP) باستبانة مكانية منخفضة وتحيزات منهجية في التضاريس المعقدة والمناطق الساحلية. الأفق: من 6 ساعات إلى 10+ أيام.
2. التنبؤ الآني عبر الأقمار الصناعية
توفر الأقمار الصناعية المستقرة بالنسبة إلى الأرض (GOES-16/17 في الأمريكتين، وMeteosat في أوروبا، وHimawari في آسيا) تنبؤات متجهة لحركة السحب (CMV) - تتبع حركة السحب للتنبؤ بالإشعاع قبل 0-6 ساعات. تتفوق الأساليب المعتمدة على الأقمار الصناعية في التنبؤ العددي بالطقس (NWP) في آفاق قصيرة (0-4 ساعات) لأنها ترى حالة السحابة الحالية بدقة مكانية عالية (1-4 كم).
3. التعلم الآلي / المعالجة الإحصائية اللاحقة
تجمع أنظمة التنبؤ الحديثة بين التنبؤ العددي بالطقس (NWP) وبيانات الأقمار الصناعية كمدخلات لنماذج التعلم الآلي (تعزيز التدرج، والشبكات العصبية LSTM) التي تصحح التحيزات المحلية - تأثيرات التضاريس الخاصة بالموقع، وأنماط الهباء الجوي، والتظليل من التلال القريبة. عادةً ما تعمل المعالجة اللاحقة لتعلم الآلة على تحسين RMSE بنسبة 10-25% مقارنةً بـ NWP الخام. يتطلب 1-2 سنوات من بيانات الإشعاع في الموقع للتدريب.
مقاييس دقة التنبؤ
- RMSE (جذر متوسط الخطأ التربيعي): مقياس دقة التنبؤ الأساسي؛ يتم التعبير عنها كنسبة مئوية من القدرة المركبة أو كيلوواط ساعة. نموذج RMSE لليوم التالي لمحطة طاقة شمسية بقدرة 10 ميجاوات: 8-15% من السعة للمواقع ذات السماء الصافية؛ 15-25% في المناخات الغائمة/المتغيرة
- nRMSE (RMSE المطبيع): يتم التعبير عن RMSE كنسبة مئوية من متوسط الإنتاج، مما يسمح بإجراء المقارنة عبر المواقع ذات القدرات المختلفة
- MAE (يعني الخطأ المطلق): أقل حساسية للقيم المتطرفة من RMSE؛ مفيد لحسابات عقوبات العقود حيث تؤدي الأخطاء التي تتجاوز الحد الأدنى إلى تكبد تكاليف
- درجة المهارة: التحسن مقارنة بتوقعات الاستمرارية (الافتراض الساذج بأن الجيل الحالي يساوي جيل الساعة التالية)؛ تشير درجة المهارة التي تزيد عن 30% إلى قيمة تنبؤية ذات معنى
دمج التوقعات في إرسال BESS
يستخدم نظام إرسال BESS للتحكم التنبئي النموذجي (MPC) توقعات متجددة للطاقة الشمسية على مدار 24 إلى 48 ساعة لتحسين جدولة الشحن/التفريغ:
- احصل على توقعات الطاقة الشمسية المحدثة المستندة إلى NWP كل 6 ساعات (أو كل 15 دقيقة للقمر الصناعي)
- تشغيل التحسين على مدى أفق التنبؤ، مع الأخذ في الاعتبار حالة شحن BESS، وجدول تعريفات TOU، وتوقعات الطلب، وتوقعات الطاقة الشمسية
- تنفيذ الجدول الزمني الأمثل. قم بالتحديث كل 15-30 دقيقة حيث يتم تحديث التوقعات
- تتبع الإنشاء الفعلي مقابل التوقع؛ قم بإدخال القيم الفعلية في نموذج ML لتصحيح التحيز المستمر
تعمل منصة iSolarCloud من Sungrow على دمج التنبؤ بالطاقة مع BESS EMS، مما يسمح لمشغلي BESS بتنفيذ الإرسال المستند إلى التنبؤ دون أنظمة خارجية. بالنسبة للمشاريع المشاركة في أسواق الجملة، يوفر مزود خدمة التنبؤ المعتمد (على سبيل المثال، Solargis Energy، Solcast، DNV GL Energy Transition) توقعات قابلة للتمويل لعطاءات السوق.