Manisa Soma Bölgesi için Meso Ölçek Sayısal Hava Tahmin Modeli (WRF) Sonuçları ile Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği Modelleri (Meteodyn ve WindSim) Kullanılarak Kısa Vadeli Rüzgar Enerjisi Tahmini
Short Term Wind Energy Prediction for Manisa Soma Region By Using Numerical Weather Prediction Model Results (WRF) and Computational Fluid Dynamics Models (Meteodyn And WindSim)
Yazar: ÇİĞDEM AKTAR
Danışman: PROF. DR. ŞÜKRAN SİBEL MENTEŞ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Meteoroloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Atmosfer Bilimleri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Enerji = Energy ; Meteoroloji = Meteorology
Dizin: Atmosfer modelleri = Atmospheric models ; Enerji performans analizi = Energy performance analysis ; Kısa dönemli öngörü = Short-term forecasting ; Rüzgar enerjisi = Wind energy ; Standart hata değerleri = Standard error values ; Tahmin hataları = Estimation errors

Özet:
Orta ölçek sayısal hava tahmin modeli WRF ile hesaplamalı akışkanlar dinamiği modelleri (CFD) olan Meteodyn ve WindSim'in kullanımıyla kısa vadeli rüzgar enerjisi tahminleri gerçekleştirilmiştir. Manisa ili Soma ilçesi sınırları içinde kompleks arazi üzerinde kurulu bulunan Soma Rüzgar Enerji Santrali (RES)'ndeki rüzgar enerjisini, 1 km ve 3 km çözünürlükte ve 24 ile ikinci 24 (48) saatler için tahmin eden bir sistem oluşturulması amaçlanmıştır. Modelleme sonuçları türbin gözlem verileri ile karşılaştırılarak hangi CFD modelin daha iyi performansla çalıştığının analizi yapılmıştır. Karşılaştırma sonuçlarında, mezo ölçek model ile CFD modellerinin her iki çözünürlük senaryolarında 24 saat sonuçlarının 48 saat sonuçlarına göre daha az hatalı olduğu gözlenmiştir. Bu durum, tahmin süresinin uzamasıyla WRF modelin tahmin yapma becerisinin azalması ve buna bağlı olarak hata oranlarının yükselmesidir. Çözünürlük sonuçlarının analizinde, tüm modeller için 3 km çözünürlüğün 1 km çözünürlüğe göre daha az hatalı sonuçlar vermiş olduğu gözlenmiştir. Elde edilen sonucun, mezo ölçekli model ile buna kuple edilen CFD modellerinin kullanmış olduğu yükseklik ve arazi kullanım verisindeki ölçek farklılığından kaynaklanan sönümleme veya rüzgar şiddetini artırıcı etki olduğu düşünülmektedir. Ayrıca mezo model WRF, kompleks saha yapısından etkilenmektedir. CFD modelleri ile mikro ölçek etkilerin daha iyi çözümlenip hata oranlarının düşmesi beklenirken WRF modeli daha iyi ya da CFD modellerine çok yakın sonuçlar vermiştir. Bu durum iki model arasındaki yükseklik ve arazi kullanım verisinin ölçek farklılığındaki sonuçlara olan büyük etkisini göstermektedir. Yapılan mevsimsel analizlerde; mezo model ve CFD modeler için, çözünürlük ve zaman koşullarında, kış mevsimi'nin en yüksek hata değerlerine ve yaz mevsimi'nin en düşük hata değerlerine sahip olduğu gözlenmiştir.

Abstract:
Short-term wind energy estimations were made using Meteodyn and WindSim computational fluid dynamics models (CFD) with the medium-scale numerical weather forecasting model WRF. It is aimed to create a wind energy forecasting system that estimates the wind energy in Soma Wind Power Plant (WPP), which is located on a complex land within the boundaries of Soma district of Manisa province, at 1 km and 3 km resolution and for 24 and second 24 (48) hours. he modeling results are compared with the turbine observation data to analyze which CFD model performed better. In the comparison of the results, it is observed that the 24 hours results of meso scale model and both CFD models in both resolution scenarios were showing less error compared to 48 hours results. This is explained by the reduction of the prediction ability of the WRF with the prolonged estimation period which caused the high error rates. Analyzing the resolution results, it is observed that 3 km resolution for all models gave less erroneous results than 1 km resolution. This is explained as the 3 km resolution gives less erroneous results than 1 km error due to the better matching with the physical properties of the model. This result is thought to be the damping or wind speed enhancement resulting from the altitude and land-use scale differences between mesoscale model and CFD models. Furthermore, the meso model WRF is affected by the complex field structure. It is expected that micro scale effects will be better solved and the error rates will be reduced with the using of CFD model. The WRF model is better or gives very close results to CFD models. This shows that the height, roughness and land usage data scale difference of the models have a great effect on the results. In seasonal analyzes; it has been observed that all the CFD models, resolution and time conditions has the highest error values in the winter season and the lowest error values in the summer season.