Site selection for wind and solar parks based on resources temporal and spatial complementarity – mathematical modelling approach

• Autorzy: Jurasz J. , Mikulik J.

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2017.07.20

Warianty tytułu

PL

Wybór lokalizacji pod elektrownie wiatrowe i fotowoltaiczne w oparciu o czasową i przestrzenną komplementarność zasobów – podejście: modelowanie matematyczne

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of this paper was the assessment of spatial and temporal complementarity of wind and solar resources based on selected locations in Poland. More specifically, we asked the following questions: a) does the spatial distribution of photovoltaic systems and wind farms own the property of smoothing the energy generation curve? b) is it possible as a result of renewable energy sources distribution over several locations to decrease instances of outliers in terms of energy production? c) to what extent depending on time step exists complementarity of sun and wind energy?. Conducted calculations were based on daily measurements of wind speed and insolation for the period 1984-2004 which were acquired from Institute of Meteorology and Water Management (IMGW) and www.soda-is.com. Obtained results are encouraging since the positive impact of spatial distribution on smoothing the energy generation curve was observed. From the power system point of view an expedient correlation between available wind and solar radiation in yearly time scale exists in analyzed locations.

PL

Celem przeprowadzonych badań było zbadanie czasowej oraz przestrzennej komplementarności energii promieniowania słonecznego oraz wiatru w wybranych lokalizacjach na terenie Polski. W pracy podjęto się odpowiedzi na następujące pytania: a) czy dystrybucja przestrzenna instalacji fotowoltaicznych oraz parków wiatrowych prowadzi do wygładzenia krzywej uzysku energii elektrycznej? b) czy jest możliwym by na skutek rozmieszczenia źródeł energii na kilka lokalizacji zminimalizować występowanie skrajnych wartości uzyskiwanego wolumenu energii c) w zależności od kroku czasowego, jak kształtuje się komplementarność zasobów wiatru oraz energii promieniowania słonecznego. Przeprowadzone analizy operały się na szeregach czasowych średniej dobowej prędkości wiatru oraz sumie nasłonecznienia, które obejmowały lata 1984-2004 i zostały pozyskane z Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej – Państwowy Instytut Badawczy oraz platformy www.soda-is.com. Uzyskane wyniki są zachęcające, ponieważ wykazano istnienie pozytywnego wpływu dystrybucji przestrzennej na wygładzenie krzywej uzysku energii. Co więcej zaobserwowano istnienie silnej ujemnej korelacji pomiędzy zasobami energii wiatru i promieniowania słonecznego w ujęciu rocznym.

Słowa kluczowe

EN

solar; wind; complementarity; variability

PL

energia wiatru; energia promieniowania słonecznego; komplementarność; zmienność

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2017
• Tom: R. 93, nr 7
• Strony: 86--91
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Jurasz J.

• AGH w Krakowie. Wydział Zarządzania. Katedra Inżynierii Zarządzania. ul. Gramatyka 10. 30- 067 Kraków

autor

Mikulik J.

• AGH w Krakowie. Wydział Zarządzania. Katedra Inżynierii Zarządzania. ul. Gramatyka 10. 30- 067 Kraków

Bibliografia

• [1] Holttinen H. (2005). „Hourly wind power variations in the Nordic countries”. Wind Energy, 8(20), pp 173-95.
• [2] Kempton, W., Pimenta, F., Veron, D., & Colle, B. (2010). “Electric power from offshore wind via synoptic-scale interconnection”. Proceedings of the National Academy of Sciences; 107.
• [3] Santos-Alamillos, F.J., Pozo-Vazuez, D., Ruiz-Arias, J.A., Von Bremen, L., Tovar-Pescador, J. (2015). „Combing wind farms and concentrating solar plants to provide stable renewable power”, Renewable Energy 76, pp. 539-550.
• [4] Murata, A., Yamaguchi, H., Otani, K., 2009. A Method of Estimating the Output Fluctuations of Many Photovoltaic Power Generation Systems Dispersed in a Wide Area. Electrical Engineering in Japan 166 (4), 9-19
• [5] E. Wiemken, H. G. Beyer, W. Heydenreich and K. Kiefer, Power characteristics of PV ensembles: experiences from the combined power production of 100 grid connected PV systems distributed over the area of Germany, Solar Energy 70(6), 513–518, 2001. doi:10.1016/S0038-092X(00)00146-8
• [6] Perez, M., Fthenakis, V., 2012. Quantyfing Long Time Scale Solar Resources Variability. Proc. World Renewable Energy Forum, Denver, CO.
• [7] Beluco A., Kroeff de Souze P., Krenzinger A. A dimensionless index evaluating the time complementarity between solar and hydraulic energies. Renewable Energy. 2008;33:2157-2165. Doi:10.1016/j.renene.2008.01.019
• [8] P. de Jong, A.S. Sánchez, K. Esquerre, R.A. Kalid, E.A. Torres, Solar and wind energy production in relation to the electricity load curve and hydroelectricity in the northeast region of Brazil, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 23, July 2013, Pages 526-535, doi.org/10.1016/j.rser.2013.01.050.
• [9] Priscilla Sales dos Anjos, Antonio Samuel Alves da Silva, Borko Stošić, Tatijana Stošić, Long-term correlations and crosscorrelations in wind speed and solar radiation temporal series from Fernando de Noronha Island, Brazil, Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, Volume 424, 15 April 2015, Pages 90-96, ISSN 0378-4371, http://dx.doi.org/10.1016/j.physa.2015.01.003.
• [10] Shafiqur Rehman, Luai M. Al-Hadhrami, Md. Mahbub Alam, Pumped hydro energy storage system: A technological review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 44, April 2015, Pages 586-598, ISSN 1364-0321, http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2014.12.040.
• [11] Gilles Notton, Said Diaf, Ludmil Stoyanov, Hybrid Photovoltaic/Wind Energy Systems For Remote Locations, Energy Procedia, Volume 6, 2011, Pages 666-677, ISSN 1876-6102, http://dx.doi.org/10.1016/j.egypro.2011.05.076.
• [12] Nunes P., Faria T., Brito M. Day charging electric vehicles with excess solar electricity for a sustainable energy system. Energy. 2015;80:263-274. http://dx.doi.org/10.1016/j.energy.2014.11.069
• [13] Killinger S., Mainzer K., McKenna R., Krefels N., Fichtner W. A regional optimization of renewable energy supply from wind and photovoltaics with respect to three key energy-political objectives. Energy (2015), http://dx.doi.org/10.1016/j.energy.2015.03050
• [14] Andresen G., Rodriguez R., Becker S., Greiner M. The potential of arbitrage of wind and solar surplus power in Denmark. Energy 2014;76:49-58. http://dx.doi.org/10.016/j.energy.2014.03.033
• [15] Christina E. Hoicka, Ian H. Rowlands, Solar and wind resource complementarity: Advancing options for renewable electricity integration in Ontario, Canada, Renewable Energy, Volume 36, Issue 1, January 2011, Pages 97-107, ISSN 0960-1481, http://dx.doi.org/10.1016/j.renene.2010.06.004.
• [16] Ian H. Rowlands, Briana Paige Kemery, Ian Beausoleil-Morrison, Managing solar-PV variability with geographical dispersion: An Ontario (Canada) case-study, Renewable Energy, Volume 68, August 2014, Pages 171-180, ISSN 0960-1481, http://dx.doi.org/10.1016/j.renene.2014.01.034.
• [17] S. Jerez, R.M. Trigo, A. Sarsa, R. Lorente-Plazas, D. Pozo-Vázquez, J.P. Montávez, Spatio-temporal Complementarity between Solar and Wind Power in the Iberian Peninsula, Energy Procedia, Volume 40, 2013, Pages 48-57, ISSN 1876-6102, http://dx.doi.org/10.1016/j.egypro.2013.08.007.
• [18] F. Monforti, T. Huld, K. Bódis, L. Vitali, M. D'Isidoro, R. Lacal-Arántegui, Assessing complementarity of wind and solar resources for energy production in Italy. A Monte Carlo approach, Renewable Energy, Volume 63, March 2014, Pages 576-586, ISSN 0960-1481, http://dx.doi.org/10.1016/j.renene.2013.10.028.
• [19] Jurasz, J., Piasecki, A. (2016). Evaluation of the Complementarity of Wind Energy Resources, Solar Radiation and Flowing Water–a Case Study of Piła. Acta Energetica.
• [20] Jurasz, J., Piasecki, A., & Wdowikowski, M. (2016). Assessing temporal complementarity of solar, wind and hydrokinetic energy. In E3S Web of Conferences (Vol. 10, p. 00032). EDP Scienc

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).