Regional analysis of wind velocity patterns in complex terrain - Belu, Radian; Koračin, Darko (2020)
Wind energy is a weather and climate-dependent energy resource with natural spatio-temporal variabilities at time scales ranging from fraction of seconds to seasons and years, while at spatial scales it is strongly affected by the terrain and vegetation. To optimize wind energy systems and maximize the energy extraction, wind measurements on various time scales as well as wind energy forecasts are required and needed. This study focuses on spatio-temporal characteristics of the wind velocity in complex terrain, relevant to wind energy assessment, operation, and grid integration, using data collected at 11 towers ranging from 40 to 80 m tall over a 12-year period in complex terrain of western-central and northern Nevada, USA. The autocorrelation analysis, Detrended Fluctuation Analysis (DFA) and Detrended Cross-Correlation Analysis (DCCA) showed strong coherence between the wind speed and direction with slowly decreasing amplitude of the multi-day periodicity with increasing lag periods. Besides pronounced diurnal periodicity at all locations, statistical analysis and DFA also showed significant seasonal and annual periodicities, long-memory persistence with similar characteristics at all sites and towers with a relatively narrow range of the Weibull parameters. The DCCA indicates similar wind patterns at each tower, and strong correlations between measurement sites in spite of separations of about 300 km across the towers’ setup. The northern Nevada area exhibits higher wind resource potential and higher wind persis-tence compared to the western-central region. Overall, the DFA and DCCA results suggest higher degree of complementarity among wind data at measure-ment sites compared to previous standard statistical analysis.
Energija vjetra je energetski resurs ovisan o vremenu i klimi s prirodnim prostorno-vremenskim promjenjivostima koje u vremenskim razmjerima idu od sekundi do sezona i godina, dok su na prostornim razmjerima promjenjivosti snažno uvjetovane složenošću terena i vegetacije. Kako bi se optimizirali sustavi energije vjetra i maksimizirala ekstrak-cija energije, potrebna su mjerenja vjetra u različitim vremenskim razmacima, kao i prognoze energije vjetra. Ova studija se fokusira na prostorno-vremenske karakteristike brzine vjetra u složenom terenu, relevantne za procjenu energije vjetra i integraciju u elektrodistribucijske mreže, koristeći podatke prikupljene na 11 tornjeva s rasponima visina od 40 do 80 m tijekom 12-godišnjeg razdoblja u složenoj topografiji zapadno-središnje i sjeverne Nevade, SAD. Autokorelacijska analiza, analiza poremećaja fluktu-acija (DFA) i višestruka korelacijska analiza (DCCA) pokazale su snažnu koherenciju između brzine i smjera vjetra sa sporo opadajućom amplitudom višednevne periodičnosti s povećanjem razdoblja pomaka. Osim izražene dnevne periodičnosti na svim lokacijama, spektralna analiza i DFA također su pokazale značajne sezonske i godišnje periodičnosti, postojanost dugog pamćenja sa sličnim karakteristikama na svim mjestima i tornjevima s relativno uskim rasponom Weibullovih parametara. DCCA ukazuje na slične uzorke vjetra na svakom tornju i jake korelacije između mjernih mjesta unatoč udaljenostima između tornjeva čak do 300 km. Područje sjeverne Nevade pokazuje veći potencijal vjetra i veću postojanost vjetra u usporedbi sa zapadno-središnjom regijom. Sveukupno, rezul-tati DFA i DCCA ukazuju na veći stupanj komplementarnosti među podacima o vjetru na različitim mjestima u usporedbi s prethodnim standardnim statističkim analizama.
Bibliografija: str. 127-129.
Summary ; Sažetak.
Keywords: Vjetar -- Energija vjetra -- Brzina vjetra -- Vjetrovni režim -- Autokorelacijska analiza