TW201326876A - 系集風能預報平台系統及其運作方法 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種系集風能預報平台系統及其運作方法，其係將多來源的數值氣象預報資訊、多網格點預報資訊及多風能預報方法大量的風能預報統整處理，以提供使用者系集風能預報掌握風電場產出電量趨勢與可能的變動範圍，並且透過整合平台比較不同預報模式產生的預報結果以及歷史資料與預報結果做比較，讓預報模式發展者有一精進模式的依據。

Description

系集風能預報平台系統及其運作方法

    本發明係一種預報平台，尤指一種系集風能預報平台系統及其運作方法。

    由於世界能源日益短缺，且同時面臨了溫室效應與氣候變遷等問題，因此再生能源發電已被視為是解決問題的關鍵手段，特別是風能、太陽能、生質能、地熱、水力能等發展格外受到重視。其中，風能發電的成本較低，相當具有經濟效益，因此近十年的發展非常迅速。
    2005年歐洲風能協會與綠色和平組織提出「Wind Force 12」計劃，預計在2020年讓全球風能發電總容量達到1,250,000百萬瓦的目標水準，同時讓風能發電佔世界總發電量的12％。2010年，在華沙舉行的歐洲風能會議中，更有提出在2050年要將歐洲風能發電提升到佔總發電量50％的願景，並且已著手規劃進行。然而，風能發電的來源是自然生成的風，變動性非常大，因此需要有良好預報才能維護整體供電系統的安全並發揮應有之經濟效益。一般而言，風力供電所佔比率如果超過5％，就必須有預報系統以維護供電安全，而高佔用比例也代表著風力供電的高風險。
    事實上，在歐洲的風能應用先進國家，早已重視風能預報相關的研究與系統開發，並且評估風能預報效益。結果顯示，就單一風場而言，在西班牙風能短期預報可以每千度電產生7歐元的效益，在英國則可產生5英鎊效益。也就是說每度電會約產生台幣0.3元以上的效益，所以風能短期預報風能發電的經濟性有很大影響，也將間接影響風能發電成功與否。
    2011年，台灣積極推動離岸風力發電示範計畫，整體前能達4GW以上。而依照其規劃，到2025年再生能源將可能達到電力裝置容量12%，而且風力發電增長佔絕大部分，因此將面臨電力供應穩定性問題。如果我國風力發電未來總容量以2GMW估算，假設每年2000小時滿載發電，每年因風能預報所能增加的風電效益可達12億元以上，故預估風能預報系統市場每年可達6000萬到1億2000萬，其中的經濟效益不可小看。
    目前國際上，許多國家正在發展風能預報系統，風能應用越多，對於風能預報系統的需求就越強烈，投入的研究與開發資源就越多。而近來的研究趨勢走向系集風能預報，一般利用多數值氣象預報（Numerical Weather Prediction, NWP），或是與多風能預報模式結合，以在同一預報時間點產生多個預報結果，讓使用者能掌握未來預報時間點中，實際風能發電產出的可能狀況，以做好電力調配的準備。
    目前國際上雖然發展了許多風能預報系統，發明者創意各有不同，但主要是著眼在風電場產出如何預測、建立模式、經營與管理，而對於模式的管理訓練以及多數值氣象預報的著墨較少，研發工作執行困難度高且無比較標準，不但讓研究人員難以持續改進，同時使用者也沒辦法理解所使用的風能預報模式優劣。除此之外，也沒有注意到要建立一個預報所需要的訓練基礎資料，以及產生預報結果後如何滿足使用需求，且對預測模式本身所使用的數據如何篩選，也沒有合適的處理能力。
    故，本發明提供了一種能夠整合多種氣象預報資訊之系集風能預報平台系統，以確且掌握風能變化，提出較好的系集風能預報，並同時兼顧到整體預報模式的精進與發展。

    本發明之主要目的，係提供一種系集風能預報平台系統及其運作方法，可利用多來源的數值氣象預報資訊、多網格點預報資訊及多風能預報方法，有系統地整合及掌握風氣象及風能產出的趨勢與可能變動範圍，以提高風電廠發電量預測值之可靠性與掌握程度。
    本發明之次要目的，係提供一種系集風能預報平台系統及其運作方法，其利用多網格點地理位置及氣候類型分類評估誤差預報結果，以作為未來氣象預報模式的精進評估基礎，提升風能預報準確度。
    本發明之另一目的，係提供一種系集風能預報平台系統及其運作方法，其可檢視歷史資料與預報結果，透過模擬訓練而提供模式發展者精進依據。
    為了達到上述之目的，本發明係揭示一種系集風能預報平台系統及其運作方法，其係包含：一第一輸入模組；一氣象資訊整合平台，係與該第一輸入模組相連接；一資料庫，係與該氣象資訊整合平台相連接；及一顯示模組，係與該氣象資訊整合平台相連接。而於其運作方法，步驟則係包含：輸入複數個氣象資訊；整合該些氣象資訊於一氣象資訊整合平台，產生一系集預報；及顯示該系集預報於一顯示模組，並儲存該系集預報於一資料庫；其中，該氣象資訊整合平台將複數個氣象資訊整合為一系集預報，該系集預報為一系集風能預報，該系集風能預報具有複數個顯示模式可供使用者選擇。

    為使　貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：
    過往之風能領域研究著重於主要是著眼在風電場的產出預測及管理，對於藉由風能預報掌握風電場產出電量趨勢與可能的變動範圍則無，故本發明針對現有技術的不足，設計此一系集風能預報平台系統及其運作方法，以整合並優化預報模式，最終達成輔助提升風能發電供應穩定性之目標。
    首先，請參考第一圖，本發明包含了一第一輸入模組10；一氣象資訊整合平台20；一資料庫30及一顯示模組40。
    其中，該氣象資訊整合平台20與該第一輸入模組10相連接；該資料庫30與該氣象資訊整合平台20相連接；而該顯示模組40與該氣象資訊整合平台20相連接。
    而除上述元件之外，本發明進一步包含一第二輸入模組50，係與該資料庫30相連接；而該氣象資訊整合平台20則進一步包含一運算單元201及一訓練模擬單元202。
    本發明基於上述元件所架構而成之系集風能預報平台系統，其係將多種來源，例如美國國家環境預報中心（National Centers for Environmental Prediction, NCEP）、我國的中央氣象局、有合作關係之相關實驗室，以及對外採購或自行產生的數值天氣預報、網格點預報資訊及風能預報，將之做篩選整合。該些數值天氣預報、網格點預報資訊及風能預報所組成的大量氣象資訊是透過網路傳輸或是無線傳輸的方式，從遠端經本發明的第一輸入模組10輸入，接著再進入氣象資訊整合平台20做處理。
    由於不同來源的預報資訊其所具有的數值格式並不相同，例如在網格點的解析度大小有差異、所蒐集的觀測資料精確度有高低、採用的垂直座標系統不同，或是所採用的預報模式不同，種種差異導致最終取得的預報各有千秋，但並不能確切反應真實值，將會略高或略低於實際狀況，故在整合比較之下，可將誤差值盡可能地的消弭。
    氣象資訊整合平台20具有將不同來源的資訊做整合的功能，特別是在於該些資訊是來自於不同的地理位置及不同的預報系統，因此本身即具有不同程度的誤差以及不同的格式。而經過運算單元201的換算統整，將會產生一系集預報，而該系集預報為一系集風能預報，該系集風能預報具有複數個顯示模式可供使用者選擇，其中，在運算單元201的運作之下，可將不同的氣象資訊所帶有的數值格式做統合整理，例如可將不同的網格點解析度做整合對應，配合模擬內差運算將之統一調整為5km ×5km、10km × 10km或是20km × 20km等，讓使用者可以自行調整網格點解析度做適當的觀測；並且可以自行選擇將天氣數值以各種垂直座標系統或預測模式展現結果，例如自選採用高度座標、氣壓座標、對數氣壓座標、地形座標或位溫座標等；更可將不同單位對同一網格點做出的觀測數值、預報數值作平均運算，通盤整合地將數值氣象預報的時間與空間誤差納入考慮。
    待運算單元201處理完畢後，除了將結果儲存於資料庫30之外，另將所得的結果呈現於顯示模組40供使用者做參考。顯示模組40具有一選單介面，該選單介面可供使用者自行調整要如何顯示運算單元201運跑完所產生的系集風能預報結果。使用者可以選擇綜合顯示各種數值天氣預報的對照，例如相同風能預報方法但不同數值天氣預報、相同網格點但不同數值天氣預報，或是相同數值天氣預報但不同風能預報方法等，具有高度靈活性質。
    資料庫30除了儲存各種已輸入的起始資料及運跑完的結果之外，另有第二輸入模組50可供使用者將風電廠的實際監測資料，包含風電產出、風速、風向等狀態數值輸入本發明的資料庫30先行儲存，日後再提取出以作為評估之基礎。由於風電廠資料格式與接收記錄頻次之差異，第二輸入模組50須著重於可輸入數據位置、記錄頻次及篩選條件等參數。此外，於第二輸入模組50所輸入之資訊，受制於各種先天條件，並非限定於是即時性地將實測數據輸入，也可是一段時間後，風電廠業者再將數據分享給本發明作統計分析、評估參考。
    除了前述實際的評估功能之外，本發明尚有作為訓練用途的能力。本發明中的氣象資訊整合平台20所具有的訓練模擬單元202可讓使用者由資料庫30中讀取特定的歷史資料，建立一個模擬的狀況做預報訓練，或是藉由整理過去的資訊以探討如何改進調整預報模式，並且可透過訓練模擬讓使用者更清楚如何利用不同的數值天氣預報、網格點預報資訊及風能預報方法而提升對風電廠發電量預測值之可靠性與掌握程度。
　　在上述結構所提供的功能之下，本發明之運作方法，請參考第二圖；如圖所示，其步驟係包含：
步驟S10：輸入複數個氣象資訊；
步驟S20：整合該些氣象資訊於一氣象資訊整合平台，產生一系集預報；及
步驟S30：顯示該系集預報於一顯示模組，並儲存該系集預報於一資料庫；
其中，該系集預報為一系集風能預報，該系集預報為一系集風能預報，該系集風能預報具有複數個顯示模式可供使用者選擇。
    在此些步驟運作之下，使用者所輸入的氣象資訊，包含了數值天氣預報、網格點預報資訊及風能預報方法等等，將會被氣象資訊整合平台20整合為系集預報，讓使用者能夠便利地透過顯示模組40做觀察及配合選單介面做適當的判讀及評估調整。
    另本發明具有訓練模擬的功能，請參考第三圖，於儲存該系集預報於該資料庫30之後，進一步包含一步驟S40：讀取該資料庫所儲存之系集預報，開啟訓練模擬模式，將儲存之系集預報與現有預報結果比較。此時資料庫30所儲存有的歷史資料是為訓練模擬的素材，可讓使用者利用各種不同的參數條件、模式，進而精進預報準確度以及整體預報模式的提升。
    透過本發明之系集風能預報平台系統及其運作方法，各種關於風能預報的資訊得以被整合，立於相同平台供使用者作客觀、綜觀的評估分析比較及資訊篩選，不但可以提供系集風能預報掌握風電場產出電量趨勢與可能變動範圍，也同時建立起一個能夠提供訓練及精進評估的標準，在風能資源日益受到重視的今日，本發明不但是乾淨能源的重要推手，更無疑地具有高經濟效益存在。
    惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。
    本發明係實為一具有新穎性、進步性及可供產業利用者，應符合我國專利法所規定之專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，祈　鈞局早日賜准專利，至感為禱。

10．．．第一輸入模組

20．．．氣象資訊整合平台

201．．．運算單元

202．．．訓練模擬單元

30．．．資料庫

40．．．顯示模組

50．．．第二輸入模組

第一圖：其係為本發明之一較佳實施例之架構示意圖；
第二圖：其係為本發明之一較佳實施例之運作流程圖；及
第三圖：其係為本發明之一較佳實施例之運作流程圖。

10．．．第一輸入模組

20．．．氣象資訊整合平台

201．．．運算單元

202．．．訓練模擬單元

30．．．資料庫

40．．．顯示模組

50．．．第二輸入模組

Claims (9)

1. 一種系集風能預報平台系統，其係包含：
   一第一輸入模組；
   一氣象資訊整合平台，係與該第一輸入模組相連接；
   一資料庫，係與該氣象資訊整合平台相連接；及
   一顯示模組，係與該氣象資訊整合平台相連接；
   其中，該氣象資訊整合平台將複數個氣象資訊整合為一系集預報，該系集預報為一系集風能預報，該系集風能預報具有複數個顯示模式可供使用者選擇。
2. 如申請專利範圍第1項所述之系集風能預報平台系統，其中該氣象資訊整合平台進一步包含一運算單元。
3. 如申請專利範圍第1項所述之系集風能預報平台系統，其中該氣象資訊整合平台進一步包含一訓練模擬單元。
4. 如申請專利範圍第1項所述之系集風能預報平台系統，其中該顯示模組具有一選單介面。
5. 如申請專利範圍第1項所述之系集風能預報平台系統，其進一步包含一第二輸入模組，係與該資料庫相連接。
6. 如申請專利範圍第1項所述之系集風能預報平台系統，其中該些氣象資訊包含複數個數值天氣預報（NWP）、複數個網格點預報資訊及複數個風能預報方法。
7. 一種系集風能預報平台系統之運作方法，其步驟係包含：
   輸入複數個氣象資訊；
   整合該些氣象資訊於一氣象資訊整合平台，產生一系集預報；及
   顯示該系集預報於一顯示模組，並儲存該系集預報於一資料庫；
   其中，該系集預報為一系集風能預報，該系集預報為一系集風能預報，該系集風能預報具有複數個顯示模式可供使用者選擇。
8. 如申請專利範圍第7項所述之運作方法，其中該些氣象資訊包含複數個數值天氣預報、複數個網格點預報資訊及複數個風能預報方法。
9. 如申請專利範圍第7項所述之運作方法，其中於儲存該系集預報於該資料庫之後，進一步包含一步驟，讀取該資料庫所儲存之系集預報，開啟訓練模擬模式，將儲存之系集預報與現有預報結果比較。