NCAR、先進的な太陽エネルギー予測システムを開発

May 26, 2023

2023 年 5 月 30 日 - David Hosansky 著

国立大気研究センター (NCAR) は、ニューヨーク州の高度な太陽エネルギー予測システムの開発に成功しました。これは、料金支払者に数百万ドルを節約しながら、州の再生可能エネルギー目標の達成を支援する可能性をもたらします。

NYSolarCast と呼ばれるこのオープンソース システムは、天気予報、大気状態の観察、機械学習技術を利用して、数時間および前日の太陽放射量とその結果生じる発電量の正確な予測を生成します。 これらの予測は、ニューヨーク州全域をカバーする 3 キロメートルのグリッドに対して 15 分ごとに発行され、主要な太陽光発電所と屋上のソーラー パネルの両方の太陽光発電量を予測するために使用できます。

ニューヨークで有望な結果が得られたことに加えて、このテクノロジーは米国の他の場所や世界中の他の場所にも適用できます。

「このシステムは世界中で適用可能です」と開発主任者である NCAR 科学者のジャレッド・リー氏は述べています。 「高度な構成とカスタマイズが可能であるため、電力会社が必要とするあらゆる予測地域にわたって、任意の時間間隔で予測を提供できます。」

ニューヨークの予測は非常に正確であることが判明しました。 1 年間の検証期間を通じて、NYSolarCast の予測は一貫して実際の発電量の約 10% 以内に収まりました。 心強いことに、上方予測と下方予測はほぼ均衡していました。

NYSolarCast の開発は、ニューヨークの成長を続ける太陽光発電産業が天気予報を導入して発電量をより正確に予測し、電力網の信頼性を向上させることを目的とした、複数年にわたる大規模な研究の一環でした。 同州が2030年までに発電量の70％を再生可能資源から、2040年までに電力部門をゼロエミッションにするという目標を達成するには、より正確な予測が重要である。

この研究は、ニューヨーク電力局とニューヨーク州エネルギー研究開発局から資金提供を受けた。 独立した非営利のエネルギー研究開発機関である EPRI によって共同管理されました。 他のパートナーには、ブルックヘブン国立研究所とニューヨーク州立大学オールバニー校が含まれます。 顧問にはニューヨーク独立系事業者（NYISO）とニューヨークの配電事業会社セントラル・ハドソンが含まれた。

太陽放射照度を適切に予測することは、太陽エネルギー生産を拡大するために重要です。 電力会社が太陽やその他の再生可能エネルギー源からのエネルギーを期待して石炭や天然ガス施設の電源をオフにした場合、太陽光の量が不十分な場合、それらのプラントは十分な速度で電力を供給できない可能性があります。 このようなシナリオにおける唯一の選択肢は、スポット市場でエネルギーを購入することですが、これには非常にコストがかかる可能性があります。

NCAR は以前、エクセル エナジーの料金支払者を年間数百万ドル節約する風力エネルギー予測システムを開発していました。

NYSolarCast の開発に関して、Lee と彼の同僚は大きな課題に直面しました。 ニューヨーク州は気候的に多様な州であり、五大湖沿いの雪地帯やアディロンダック山脈の高峰が、ロングアイランドの沿岸地域とは大きく異なる大気条件を生み出しています。 さらに、雲が異なれば太陽放射照度に与える影響も異なるため、モデルはかなりの精度で雲を捉える必要がありました。 たとえば、低層層雲の堤防は入ってくる太陽光を遮りますが、膨らんだ積雲は側面から放射を反射する可能性があるため、表面での太陽放射照度が一時的に高くなり、晴れた青色のときに発生するよりも多くの太陽エネルギー出力が発生します。空。

有用なシステムを開発するために、リーと彼の同僚は、126 の気象観測所からなる州全体のネットワークであるニューヨーク州メソネットからの 2 年間の気象観測を利用しました。 彼らはまた、選択された太陽光発電施設からの発電データも分析しました。 この履歴情報を利用して、機械学習モデルをトレーニングして気象条件と発電量を相関付けることができました。

次に、彼らは 2 つの高度な気象モデルを使用しました。1 つは、太陽光アプリケーション向けに調整された NCAR ベースの気象調査および予測モデル (WRF-Solar) の特殊バージョンと、NOAA 高解像度急速リフレッシュ (HRRR) モデルです。 このモデルは、数時間から 1 日前までに詳細な天気予報を生成し、機械学習モデルがそれを太陽出力の予測値に変換しました。

「NYSolarCast システムが実用規模の太陽光発電所と屋上の太陽光パネルの両方の正確な予測を提供してくれることを非常にうれしく思います」と Lee 氏は述べました。 「予測の精度を継続的に向上させることは、太陽光発電業界にとって極めて重要です。太陽光発電業界は、再生可能エネルギーの信頼性の高い供給を確保し、より多くの太陽光発電が建設されるにつれて送電網の全体的なパフォーマンスを向上させる必要があります。」

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