Tính bất định trong các dự đoán sản lượng năng lượng-các rủi ro tài chính và tiêu chuẩn lành mạnh tài chính

Tư vấn và Đào tạo cho chương trình đo gió ở Việt Nam

TP. Hồ Chí Minh, 11/10/2011

German ProfEC GmbH, Mathias Hoelzer (Dipl.-Phys, Dipl-Päd.),Ahornstr. 10, D-49744 Geeste, Germany

www.german-profec.com, m.hoelzer@german-profec.com

Nội dung trình bày● Tính bất định trong các dự đoán về sản lượng năng lượng là các rủi ro

tài chính

● Xử lý tính bất định trong các kết quả đo

● Nguồn gốc của tính bất định– Số liệu khí tượng – Các đường đặc tính công suất

● Các thông lệ tốt trong đo gió

● Các tiêu chuẩn được quốc tế chấp nhận để hiểu rõ nhất các kết quả cótính lành mạnh tài chính (được ngân hàng chấp nhận) 2

Tính bất định trong số liệu đo tốc độ gió

Tính bất định trong dự đoán sản lượng năng

lượng hàng năm

RỦI RO TÀI CHÍNH

Tính bất định trong các dự đoán sản lượng năng lượng làcác rủi ro tài chính

Nhiệm vụ của Tư vấn, các Ngân hàng, các kỹ sư và các Tiêu chuẩn (quốc tế) được công nhận:

� Giảm bớt sự bất định, các sai sót và rủi ro xuống mức mà các nhà đầu tư có thểchấp nhận được

� Ngưỡng này được gọi là ngưỡng lành mạnh về tài chính (được ngân hàng chấp nhận).� Đạt được bằng cách tuân thủ các tiêu chuẩn được quốc tế chấp nhận về các tiêu chí lành mạnh tài chính

Năng lượng gió không bao giờ chính xác mà luôn dựa trên các số liệu thống kê và sử dụng kỹ thuật đo gió để tiếp cận các số liệu này

3

Quan trọng với các nhà đầu tư (và nhà sản xuất):

Năng lượng ~ v³

Sự biến thiên của tốc độ gió ���� Sự biến đổi mật độ năng lượng gió

10% ���� ~25%

20% ���� ~55%

Quan trọng với các nhà sản xuất (và nhà đầu tư):

Tải trọng ~ v²

Ảnh hưởng của tốc độ gió đến sản lượng năng lượng và tải trọng

4

Phép đo là gì?

Đặc tính của một thứ gì đó, ví dụ:

● Nặng như thế nào, nóng ra sao, nhanh như thế nào, v.v.

● Thường được thể hiện bằng số và đơn vị

7,24 m/s

V

r

5

Thế nào là sự bất định của phép đo?

● Sự nghi ngờ về một kết quả đo bất kỳ

● Được thể hiện bằng hai con số: �Dung sai và�Khoảng tin cậy hoặc xác suất, ví

dụ 7,24 m/s ± 0,05 m/s tại khoảng tin cậy (xác suất) 95 %

7,24 m/sDung sai ± 0,05 m/sKhoảng tin cậy = 95%

V

r

6

Sai số và Tính bất định

Sai số là sự khác biệt giữa giá trị đo được và “giá trị thực”

Tính bất định là sự nghi ngờ về kết quả đo

Bất kỳ khi nào có thể, hãy hiệu chỉnh các sai số đã biết. Ví dụ như, áp dụng các phép hiệu chỉnh như hệ số bù từ các hiệu chuẩn có thể truy nguyên theo tiêu chuẩn IEC hoặc MEASNET

7,24 m/s+ bù (0,01 m/s) (Sai số)= 7,25 m/s Dung sai ± 0,05 m/sKhoảng tin cậy = 95%

V

r

7

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%Xác suất vượt quá một mức sản lượng năng lượng cụ thể

GW

h

Ví dụ về hiệu suất năng lượng (kết quả tính toán với mức bất định chuẩn 20%)

Khoảng dung sai xác suất và sản lượng năng lượng dự đoán

+/- 0.1 GWh

54%

Ví dụ về sản lượng năng lượng (kết quả tính toán với mức bất định chuẩn > 20%)

Ví dụ về hiệu suất năng lượng (kết quả tính toán với mức bất định chuẩn < 20%)

Xử lý bất định trong các dự báo sản lượng năng lượng

Ví dụ một trạng trại điện gió 42 MW (hệ số công suất = 0,29): 1,1 GWH +/- 0,1 GWh có xác suất xảy ra là 54% với mức độ bất định chuẩn 20%

8

Các nguyên nhân gây ra sự bất định

Mô tả độ gồ ghềMô tả độ gồ ghề

Mô tả chướng ngại vậtMô tả chướng ngại vật

Mô tả địa hình đồi núiMô tả địa hình đồi núi

Số liệu khí tượng (ngắn hạn và dài hạn)

Số liệu khí tượng (ngắn hạn và dài hạn)

Lập mô hình trường gióLập mô hình trường gió1

2

3

4

5

Đường đặc tính công suấtvà tính toán sản lượng

năng lượng

Đường đặc tính công suấtvà tính toán sản lượng

năng lượng

P

v 9

Phân loại các máy đo gió

Kết quả thử nghiệm và các nghiên cứu gần đây đối với các loại may đo gió phổ biến trên thị trường cho kết quả như sau:

● NRG Nhóm A 0,6-2,4, Nhóm B 7,5-8,3● Risø Nhóm A 1,3-1,9, Nhóm B 5,0-8,0 ● Thies FC Nhóm A 0,9-1,8, Nhóm B 2,9-3,8 ● Vaisala Nhóm A 1,6-2,4, Nhóm B 11,0-11,9● Vector Nhóm A 1,3-1,8, Nhóm B 4,0-4,5

Nhóm A đại diện cho các điều kiện thử nghiệm tiêu biểu cho địa hình bằng phẳng, Nhóm B đại diện cho địa hình phức tạp. Biên độ chỉ số càng nhỏ và giá trị chỉ sốcàng tuyệt đối cho cả hai nhóm, thì kết quả của máy đo gió dưới ảnh hưởng của các tham số khác nhau như nhiệt độ, cường độ nhiễu loạn, góc nghiêng, ma sát, v.v. càng chính xác.

Kết quả trên cho thấy sự khác biệt lớn trong các chỉ số của cả hai nhóm.

*) ACCUWIND – Các phương pháp phân nhóm máy đo gió kiểu chén; J.-Å. Dahlberg, T.F. Ped Busche; Risø-R-1555(EN); ISBN 87-550-3514-0; Đan Mạch, 5/2006*) ACCUWIND - Phân nhóm 5 máy đo gió kiểu chén theo IEC61400-12-1; T.F. Pedersen, J.- Å. Dahlberg, Peter Busche; Risø-R-1555(EN); Đan Mạch, 5/2006

10

Không may trong khi đo, nhưng lại may khi kết thúc quá trình

~ 20m

11

Ảnh hưởng đến các máy đo tốc độ gió

Các máy đo tốc độ gió kiểu chén lắp trên cần sẽ bị ảnh hưởng bởi cả cột vàcần. Đối với cần dạng tròn, mức ảnh hưởng thể hiện bằng mức suy hao tốc độ gió là 0.5% cho khoảng cách 15 đường kính cần tính từ cần đòn. Mức suy hao tốc độ gió khuyến nghị là dưới 0,5%. Máy đo tốc độ gió đặt trong vùng bóng của của cột sẽ chịu ảnh hưởng mạnh bởi cột. Biến dạng luồng gió phía trước cột cũng đáng kể. Do vậy, cần đảm bảo khoảng cách đủ lớn giữa sensor và cột để đảm báo mức độ biến dạng ở mức thấp chấp nhận được. (…) Mục tiêu phù hợp là biến dạng luồng gió do cột và cần không lớn hơn 1% và 0,5%, theo thứ tự.

Nguồn: IEC 61400-12-112

Ảnh hưởng tới các máy đo tốc độ gió

Source: IEC 61400-12-113

� Sự che bóng do các thiết bị khác hoặc cần lắp thiết bị có thể làm thay đổi luồng gió một cách đáng kể

� Sự biến dạng luồng gió ở phía trước cột đo hoặc trên cần lắp thiết bị có thể rất lớn

� Cần để máy đo gió cách kết cột và cần đo một khoảng cách phùhợp

� Tránh các hiệu ứng nhiễu loạn luồng gió do máy đo gió, thân của thiết bị khác gây ra

� Tránh các hiệu ứng nhiễu loạn luồng gió do cáp, mấu nối và kẹp liên kết gây ra

� Tốt nhất là đặt máy đo tốc độ gió trên đỉnh cột

� Hoặc sử dụng cần đo có độ dài và độ cao phù hợp

Sự bất định do khung đỡ

14

Ảnh hưởng đến máy đo tốc độ gió

Hướng lắp cần lắp thiết bị, phương ngang và phương thẳng đứng) cần phù hợp, bởi các thiết bị đo bị ảnh hưởng bởi kết cấu cột đo hoặc do hiệu ứng che bóng (phía đuôi gió) hay do hiệu ứng chắn cột đo (phía đầu gió). Để giảm các hiệu ứng này trong trường hợp cột đo dạng ống, cần lắp các cần lắp thiết bịở góc ~45°so với hướng gió chính dự kiến. Trong trường hợp cột lưới, cần lắp các cần lắp thiết bị ở góc ~80°so với hướng gió chính trong đo một cạnh của cột đo được đặt uông góc với hướng giớ chính. Tay đứng của cần lắp thiết bị phải có độ dài 75-85 cm để giảm bớt ảnh hưởng của cần ngang tới thiết bị (áp dụng với thiết bịlắp đặt là thiết bị đo tốc độ gió và hướng gió).

Source: IEC 61400-12-1

15

Influence of shading and blockage

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360

dir83.5 (deg)

v83.

5 / v

85

Cột khí tượng –Hiện tượng che bóng

Đèn tín hiệu –Hiện tượng che bóng

Kim thu sét –Hiện tượng che bóng

Ảnh hưởng của cột đo và cần lắp thiết bị đỡ

Sơ đồ đẳng tốc với tốc độ địa phương được chuẩn hóa

theo tốc độ gió tự do, cột đo tròn và kết cấu đặc

~ 45°

~ 80°

16

Ảnh hưởng đến máy đo gióCác máy đo gió đặt cao nhất là máy đo chính (có thể có bộ phận sưởi). Nếu sử dụng

một máy đo gió đối chứng thì phải đặt nó gần máy đo chính để tạo ra tương quan tốt giữa hai thiết bị. Tương quan này cần được xác nhận để đảm bảo rằng máy đo chính không thay đổi hệ số hiệu chuẩn trong quá trình đo. Tuy nhiên, máy đo gió đối chứng không được gây nhiễu loạn cho máy đo chính. Khoảng cách theo chiều ngang và chiều thẳng đứng tối thiểu là 1,5 m và tối đa là 2,5 m. Điều này cũng áp dụng cho các máy đo gió ở các độ cao khác.

Máy đo hướng gió phải được đặt thấp hơn máy đo tốc độ gió chính ít nhất là 1,5 m nhưng phải trong phạm vi 10% chiểu cao trục tuabin. Phải đặt máy đo hướng giósao cho giảm thiểu tối đa hiệu ứng méo dạng dòng gió trong khoảng đo.

Các sensor nhiệt độ và áp suất phải được đặt gần bằng chiều cao trục tuabin trên cột đo nhưng thấp hơn máy đo gió chính ít nhất là 1,5 m. Sensor nhiệt độ phải được bảo vệ bởi màn che bức xạ. Bộ cảm ứng áp suất có thể được đặt trong hộp chống chịu được các điều kiện thời tiết. Tuy nhiên, cần chú ý để đảm bảo rằng hộp được thông khí tốt (hướng gió trung bình) để các số chỉ áp suất không bị ảnh hưởng bởi sự phân bố áp suất xung quanh hộp.

Source: IEC 61400-12-1

17

Lắp đặt các máy đo gió theo tiêu chuẩn được ngân hàng chấp nhận (IEC 61400-12-1)

Source: IEC 61400-12-1 18

Lắp đặt các máy đo gió theo tiêu chuẩn được ngân hàng chấp nhận (IEC 61400-12-1)

r

<= d

Tố

i th

iểu

1.5

mTố

i đa

2.5

m

Chọn R sao cho R/d >= 8,2.; R= khoảng cách đến tâm cột đo và r= đường kính cột đo

R

d

R

Nguồn: IEC 61400-12-1 19

Lắp đặt các máy đo gió theo tiêu chuẩn được ngân hàng chấp nhận (IEC 61400-12-1)

Nguồn: IEC 61400-12-1 20

Lắp đặt các máy đo gió theo tiêu chuẩn lành mạnh tài chính (IEC 61400-12-1)

d

<= d

-Tố

i th

iểu

15

x b

, đề

xuấ

t. 7

5cm

ch

o s

enso

r đặt

trê

n t

hàn

h cộ

t-

Tố

i th

iểu

1.5

m Đề

xuất

: 25

x b

ch

o s

enso

r lắ

p t

rên

đỉn

h cộ

t

b

Nguồn: IEC 61400-12-1

Tối thiểu 1.5 mTối đa 2.5 m

21

Các yếu tố bất định và khoảng bất định

Các yếu tố bất định Khoảng bất định (%)

Hiệu chỉnh máy đo gió bằng đường ống khí động học 0.5 – 5.0

Chọn máy đo gió 0.5 – 3.0

Đặt máy đo gió 0.2 – 3.0

Có khả năng quá tốc độ do tính chất động lực của thiết bị 0.2 - 1.0

Méo dạng dòng gió từ cột đo 0.5 - 2.0

Méo dạng dòng gió do cần lắp thiết bị 0.5 - 2.0

Méo dạng dòng gió do các mấu nối và gờ nhô ra trên khung đỡ 0.1 - 2.0

Chênh tốc dòng gió không đối xứng trên máy đo gió 0.2 - 2.0

chọn địa điểm đo 0.5 – 5.0

Chọn thời gian đo 0.3 – 3.0

Ghi chép và đánh giá số liệu 0.0 – 2.0

Tương quan với Số liệu dài hạn (MCP) 0.5 – 5.0

Ngoaị suy sang vị trí tuabin gió và chiều cao trục tuabin (Qui hoạch vị trí đặt tua bin) 1.0 – 10.0

Mức độ bất định tổng thể khi xác định tốc độ gió 1.65 – 15.0

Mức độ bất định liên quan đến dự đoán sản lượng năng lượng 4.0 – 42.0

22

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

0 5 10 15 20 25

Tốc độ gió [m/s]

Cô

ng

suất

[kW

]

Nhà sản xuất lý thuyết

Đo được (thực tế)

Mức chênh lệch sản lượng năng lượng: 8%

Sự khác biệt về đường đặc tính công suất

23

Mật độ không khí khác so giá trị tại địa điểm thử tuabinMật độ chuẩn cho đường đặc tính công suất là 1,225 kg/m³Mật độ không khí thấp hơn do nhiệt độ, độ ẩm và áp suất cao hoặc độ cao lắp đặt cao hơn mực nước biển làm giảm hiệu quả năng lượng

0

100

200

300

400

500

600

700

0 5 10 15 20

Wind Speed [m/s]

Po

wer

[kW

]

Std.-Conditions

1.1809 kg/m3

1.1356 kg/m3

1.089 kg/m3

0

100

200

300

400

500

600

700

0 5 10 15 20

Wind Speed [m/s]

Po

wer

[kW

]

Std.-Conditions

1.1809 kg/m3

1.1356 kg/m3

1.089 kg/m3

Hiệu ứng mật độ không khí đối với đường đặc tính công suất

24

Tốc độ gió [m/s]

Côn

g suất [

kW]

Tốc độ gió [m/s]

Côn

g suất [

kW]

Các rủi ro kỹ thuật – Đường đặc tính công suất là các nguyên nhân cho sản lượng năng lượng thấp• Đường đặc tính công suất do nhà sản xuất cung cấp quá

thấp

• Mức độ bất định trong kết quả đo đường đặc tính công suất cao

• Tuabin khác so với tuabin được thử nghiệm

• Tuabin không hoạt động trong cùng một điều kiện như tuabin được thử nghiệm

• Mật độ không khí khác so với ở địa điểm thử tuabin

25

Đo theo tiêu chuẩn IEC 61400-12-1– vẫn tồn tại bất định, dù ở mức

thấp

Yếu tố bất định Nhận xét

Mức độ bất

định về tốc độ

gió [%]

Đo tốc độ gió

Hiệu chuẩn máy đo gió

Mức độ không chắc chắn 0,55 m/s áp

dụng cho toàn bộ khoảng hiệu chuẩn

trong ống khí động học

1.3

Ảnh hưởng của cần lắp thiết bị đo gió Cần lắp thiêt bị đo gió không lý

tưởng 1.0

Các đặc điểm tương đối của máy đo gió

Sự không chắc chắn của việc hiệu

chỉnh tốc độ quá cao do đặc tính khí

động học, bao gồm cả các hiệu ứng

khác từ các đặc điểm của máy đo gió

0.94

Các biến đổi trong dài hạn

Ước tính sự không chắc chắn do các

sai biệt có thể liên quan đến các đặc

điểm gió trong giai đoạn đo so với

giai đoạn bị thiếu số liệu được chèn

vào bằng các giá trị thống kê trung

bình

1.22

Thu thập số liệu liên quan đến tốc độ

gió trung bình

Sự không chắc chắn trong ghi chép số

liệu 1.14

Tổng Mức độ bất định của cơ sở dữ

liệu gió 2.5

Địa điểm có gió

Yếu tố bất định Nhận xét

Mức độ bất

định về sản lượng năng

lượng hàng

năm [%]

Tính bất định của cơ sở dữ liệu gió

Cơ sở dữ liệu gió Yếu tố không chắc chắn trong các phép đo gió được thực

hiện tại địa điểm đo 7

Các biến đổi trong dài

hạn

Mức độ không chắc chắn ước tính do những sai biệt có thể

xảy ra với đặc điểm gió trong giai đoạn đo so với giai đoạn

bị thiếu số liệu được chèn vào bằng các giá trị thống kê

trung bình

15

Tổng Mức độ không

chắc chắn của các số

liệu khí tượng đầu

vào

16

Sự bất định khi ngoại suy các số liệu đầu vào khí tượng vào các vị trí tuabin và chiều cao trục

tuabin

Mô tả địa hình Sự không chắc chắn được tích hợp trong khi lập mô hình

trường dòng gió -

Lập mô hình trường

gió (WASP)

Sự không chắc chắn khi chuyển số liệu khí tượng từ vị trí đo vào các vị trí tuabin và chiều cao trục tuabin

5

Hiệu suất trang trại điện gió

Mức độ bất định ước tính của tính toán hiệu ứng che khuất 1

Tổng Mức độ bất định khi chuyển số

liệu khí tượng

5

Tổng Mức độ bất

định về tiềm năng

gió

(cơ sở dữ liệu gió + ngoại suy cho vào các vị trí tuabin) 17

Đường đặc tính công

suất tua bin

Được xác định cho các điều kiện gió dự đoán tại vị trí, bao

gồm cả các hiệu ứng địa điểm và sự thay đổi do chế tạo

với số lượng lớn

10

Tổng Mức độ bất định của sản lượng năng lượng (AEP) 20

26

Các thông lệ đo tốt (1)

• Hiệu chuẩn các thiết bị đo (khi bắt đầu, và tiếp đó tối thiểu là 2 năm một lần)

• Sử dụng các phương tiện hiệu chuẩn có mức độ bất định nhỏnhất (ví dụ như các ống khí động học được MEASNET phê chuẩn và các phòng thí nghiệm được chứng nhận hoặc tương đương)

• Chọn các thiết bị đo tốt nhất của các nhà sản xuất thiết bị cótiếng được ngân hàng chấp nhận (ví dụ như Thies and Vector Instruments) với mức độ bất định thấp. Đặc biệt lưu ý đến hiệu ứng cosin (Độ nhậy với thành phần gió đứng)

• Hiệu chỉnh để bù lại bất kỳ sai số nào phát hiện được (ví dụ như do độ cao đặt sensor nhiệt độ hoặc áp suất, các hiệu ứng do cột đo, v.v.)

27

Các thông lệ đo tốt (2)• Đảm bảo rằng phép đo có thể truy nguyên được theo các tiêu chuẩn quốc

tế và trong nước

• Sử dụng các cán bộ có kinh nghiệm và tổ chức đào tạo về đo gió

• Xác định tất cả các nguyên nhân gây ra bất định

• Ước tính mức độ bất định theo từng nguyên nhân và tổng thể

• Tư liệu hóa một cách minh bạch, hợp lý và có thể truy nguyên nguồn gốc

���� CÁC NGÂN HÀNG VÀ CÁC NHÀ ĐẦU TƯ SẼ HOAN NGHÊNH CÁC DỰÁN CỦA BẠN VÀ BẠN SẼ ĐƯỢC HƯỞNG CÁC ĐiỀU KiỆN CẤP VỐN TỐT HƠN

28

Các tiêu chuẩn được quốc tế chấp nhận để tìm hiểu tốt nhất về các kết quả đo được các ngân hàng chấp nhận[1] IEC 61400-1; Các hệ thống phát điện bằng tuabin gió, Phần 1: Các yêu cầu an toàn’; biên

soạn lần 3, 2005[2] IEC 61400-12-1 (FDIS); ‘Các hệ thống phát điện bằng tuabin gió, Thử nghiệm hiệu quả vân

hành của tuabin gió’; 2005[3] FGW‚ ’Technische Richtlinie Teil 2’; Sửa đổi lần 14; Stand 25.09.2003[4] FGW‚ ‘Technische Richtlinie Teil 6’; Sửa đổi lần 4; Stand 01.06.2005[5] BWE Windgutachterbeirat; ’Empfehlungen zur Dokumentation von

Windmessungen’; Stand 25.09.2003[6] BWE Windgutachterbeirat; ’Standard zur Erstellung von Windgutachten’;

Version 2.0; Stand 02.02.2005[7] IEA ’Thử nghiệm hiệu quả năng lượng‘; biên soạn lần 2; 1990[8] Tổ chức Tiêu chuẩn Quốc tế; ‘Hướng dẫn thể hiện bất định trong phép đo’; 1995[9] MEASNET “Quy trình hiệu chuẩn máy đo gió dạng chén Phiên bản 1”, tháng 11/1997[10] MEASNET “Quy trình đo hiệu quả năng lượng Phiên bản 4”, tháng 11/2006 [11] Cơ quan Năng lượng Đan Mạch: “Các yêu cầu đối với máy đo gió dạng chén áp dụng để đo

đường đặc tính công suất trong hệ thống tuabin gió được Đan Mạch phê chuẩn, 14/1-2002”

29