| [일본] 태양광발전을 위한 일사량 예측방법 개발
- 예측오차의 분석과 정밀도 개선방법의 검토 -
태양광발전의 보급이 일본 국내에서 추진되고 있으며, 전력계통에의 연계량이 급속하게 증가하고 있다. 일사 변동의 영향을 강하게 받는 태양광발전에서는 발전량이 시간적으로 변동하고, 발전량을 사전에 알 수 없는 점이 문제이다. 전력계통의 계획 및 운용을 효율적으로 수행하기 위해서는 다음 날의 태양광발전량을 높은 정밀도로 사전에 예측하는 것이 요구된다. 때문에 전력중앙연구소는 기상예측, 해석시스템인 NuWFAS(Numerical Weather Forecasting and Analysis System)에 의해 다음 날의 일사량을 사전에 예측하기 위한 방법의 개발을 추진하였다.
NuWFAS에서 예측된 일사량의 한 가지 특징으로서 예측 및 관측 모두 맑은 날에 관측보다 예측이 약간 큰 값을 나타내는 경우가 많았기 때문에 그 원인을 파악하고 오차 저감방법을 검토하였다.
일사량이 예측결과가 관측치보다 과대하게 나타나는 경향은 WRF에서 일사량의 예측을 시도한 기존 연구에서도 확인되었으며, 그 원인으로서 단파 방사과정을 계산하는 모델 중에 에어로솔의 효과가 고려되지 않은 점이 지적되고 있다. 그래서 예측 및 관측 모두 맑은 날만을 추출하여 예측 오차의 특징을 조사하였다.
조사기간 중 춘계인 3~5월에 정(正)의 바이어스 오차(bias error)가 크다는 것을 알았다. 기상청에 의한 황사 관측은 2011년 3월~6월에 관측되었다. 이 중 에어로솔 중에서도 특히 황사에 의한 일사의 감쇄효과가 모델에 고려되지 않은 것이 정(正)의 바이어스 오차가 발생한 원인이 되었을 가능성이 있다. 또한 2010년 11월~12월에도 황사가 관측되었지만, 이 시기에 관측된 지점은 서일본에 집중되어 있어 간토 이북에서는 거의 관측되지 않았다. 때문에 이 시기에 간토에서 정(正)의 바이어스 오차는 나타나지 않았다.
맑은 날에 과대평가 정도와 에어로솔의 영향과의 관계를 정량적으로 조사하기 위해 대기의 광학적 두께가 계산결과에 미치는 영향을 조사하였다. 대기의 광학적 두께는 전력중앙연구소의 아까끼(赤城)시험센터에 설치되어 있는 분광일사계로 계측된 수평면의 전체 일사량과 산란 일사량의 차에 의해 구한 파장대별 직달일사량을 기초로 계산하였다. 2011년 3월부터 2012년 2월까지 1년간 각 달의 청천지수값이 큰 5일간을 선정하여 파장 500nm의 광학적 두께를 조사한 결과, 3~8월에 광학적 두께가 크게 되는 경향이 나타났다.
각 월의 맑은 날 5일간을 추출하여 30분 평균치의 시계열 변화를 보면, 에어로솔을 고려하지 않은 결과가 관측치와 비교하여 과대하게 되었으며, 에어로솔을 고려한 경우에는 과대평가가 개선되었다. 5월의 에어로솔 효과가 8월 보다 크게 나타난 이유 중 하나는 5월의 단일 산란 알베도(albedo)에 황사의 효과를 고려했기 때문이다. 그 결과, 그 효과가 에어로솔을 고려한 전체 효과 중 1/3에 해당한다는 것을 알았다. 따라서 황사가 나타나는 춘계에는 황사를 고려한 에어로솔 효과의 광학특성 파라미터를 설정함으로써 과대평가가 개선되었다.
UAE에서 관측된 데이터를 기초로 대기의 광학적 두께와 지상의 일사량과의 관계를 조사한 사례에서는 500nm의 광학적 두께 0.5의 에어로솔에 의한 지상 일상변화량은 25W/m2이며, Goddard 모델에서 계산된 본 연구의 결과보다 작은 값을 나타내었다. 한편 프랑스에서 관측된 데이터에 의한 사례에서는 440nm의 광학적 두께 0.55에 의한 지상의 일사변화량은 74~79W/m2 정도로, 본 연구에서 얻어진 결과와 동일한 정도였다. 이러한 결과의 원인은 에어로솔의 성상이 지역에 의해 크게 다르다는 것이다. 이러한 점에서 에어로솔 효과의 평가에 지역성을 고려한 적절한 광학특성 파라미터를 설정하는 것이 중요하다고 할 수 있다.
[출처 : KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2014년 5월 12일]
[원문보기]
電力中央研究所 研究報告書
太陽光発電は日射量の変動の影響を受けるため、発電出力が時間的に変動すること（不安定）や事前に分からないこと（不確定）が知られている。
当所の既往の研究において、気象モデルWRFによって翌日の日射量の予測に適する計算条件を提案した。得られた予測結果と観測値とを比較した結果、国内の大半の地域において、予測結果が夏季に過大、冬季に過小となりやすい傾向が見られることが示された。
さらに、特に春季において、快晴日の予測結果がわずかに過大となる傾向も認められた。そこで本報告では、大気中の種々の物理量と予測誤差との関係について分析を行った。その結果、予測誤差の主原因が明らかとなり、雲物理モデルにおける水蒸気凝結のモデル化の改良や、短波放射モデルにおけるエアロゾル効果の考慮による、より高い精度の予測結果を得るための改良の方向性を明確化した。
|
즐겨찾기 추가 
시작페이지로 설정
