La figura a sinistra è un esempio di serie temporale di fluttuazione delle uscite di generazione di energia. La figura a destra mostra l'istogramma della frequenza della corrispondente fluttuazione di potenza. Quando possiamo assumere una lieve fluttuazione come illustrato dalla linea rossa, la modellazione con distribuzione normale è accettabile. Però, la fluttuazione della produzione di energia eolica contiene cambiamenti improvvisi, come illustrato dalla linea blu. Di conseguenza, l'istogramma corrispondente ha code pesanti a decadimento lento, che rappresenta gli estremi estremi. Credito:Agenzia giapponese per la scienza e la tecnologia (JST)
I bruschi cambiamenti della produzione di energia eolica sono una fonte di gravi danni ai sistemi di alimentazione. I ricercatori dell'Università di Kyoto hanno sviluppato un metodo di modellazione stocastica che consente di valutare l'impatto di tali fenomeni. La caratteristica del metodo risiede nella sua significativa efficacia computazionale rispetto alla simulazione Monte Carlo standard, e la sua applicabilità all'analisi e alla sintesi di vari sistemi soggetti a valori anomali estremi.
L'introduzione della produzione di energia eolica nel sistema elettrico sta procedendo attivamente, principalmente negli Stati Uniti e in Europa, e dovrebbe continuare in Giappone. Però, all'atto dell'attuazione, è fondamentale affrontare l'incertezza di previsione della fluttuazione della produzione. La fluttuazione della produzione di energia eolica è generalmente piccola, ma diventa estremamente grande a causa del verificarsi di raffiche e turbolenze con una frequenza non trascurabile. Tali valori anomali estremi sono stati considerati una fonte di gravi danni ai sistemi di alimentazione.
Per far fronte a una tale fluttuazione della produzione di energia eolica, l'impostazione dell'obiettivo come "mantenere assolutamente la fluttuazione di frequenza entro 0,2 Hz" sarebbe irraggiungibile o risulterebbe in un design eccessivamente conservativo. Perciò, l'impostazione di obiettivi probabilistici come "mantenere la fluttuazione di frequenza entro 0,2 Hz con il 99,7 percento o più" è indispensabile.
L'incertezza probabilistica viene valutata statisticamente, comunemente assumendo che obbedisca alla distribuzione normale per la sua processabilità matematica. I valori anomali della produzione di energia eolica sono, però, più frequente di quanto rappresentato dalla distribuzione normale. Anche se un simulatore complicato può essere costruito senza assumere una distribuzione normale, non è realistico investigare la proprietà statistica mediante simulazione Monte Carlo. Questo perché il numero richiesto di campioni esplode prima che si verifichino un numero sufficiente di valori anomali estremi.
È stato sviluppato un metodo di valutazione per l'impatto della fluttuazione dell'energia eolica sulla qualità del sistema energetico. Il metodo costruisce dapprima modelli probabilistici assumendo la distribuzione stabile (un'estensione della distribuzione normale) sull'incertezza. Quindi, invece di utilizzare il modello come simulatore per generare campioni di dati, calcoliamo le proprietà statistiche direttamente dai parametri nel modello. La caratteristica importante è 1. l'influenza di valori anomali estremi può essere adeguatamente considerata, 2. il modello può essere determinato facilmente dai dati reali, e 3. il costo di calcolo è molto basso. Il metodo si è dimostrato valido attraverso la sua applicazione alla stima della deviazione di frequenza basata sui dati effettivi del sistema di alimentazione.
Questo metodo di valutazione probabilistica recentemente proposto ci consente di valutare quantitativamente il rischio del sistema energetico causato dal verificarsi di cambiamenti estremamente bruschi della generazione di energia eolica. Le contromisure basate sulla valutazione contribuirebbero al miglioramento dell'affidabilità e dell'efficienza economica del sistema elettrico. Va inoltre notato che il metodo proposto è applicabile all'analisi e alla sintesi di vari sistemi che presentano valori anomali estremi.
