Rüzgar enerji sistemlerinde Weibull dağılımı için yeni nesil parametre metotlarının karşılaştırmalı analizi ve uygulaması

Bir bölgeye rüzgar enerjisi dönüştürme sistemi kurulmadan önce bölgenin rüzgar hızı karakteristiği belirlenmeli ve analiz edilmelidir. Rüzgar hızı karakteristiğinin belirlenmesi, analizi, modellemesi ve tahmini için kullanılan en önemli yaklaşımlardan birisi olan iki parametreli Weibull dağılımının parametrelerinin en uygun şekilde belirlenmesi için birçok farklı metot geliştirilmekte ve günümüzde halen araştırma konusu olarak yer almaktadır. . Parametre tahmin metotları kullanılarak iki parametreli Weibull dağılımının şekil (k) ve ölçek (c) parametreleri belirlenip , üzerinde çalışılan bir bölge için rüzgar hızı karakteristikleri en uygun şekilde modellenebilmektedir. Bu çalışmada, Weibull dağılımı için literatürde iyi bilinen parametre tahmin metotlarının yanı sıra son yıllarda önerilen güncel yaklaşımlar da kullanılarak Türkiye'nin yüksek rüzgar hızı profiline sahip 10 bölgesi için karşılaştırmalı olarak analizler yapılmış ve değerlendirilmiştir. Değerlendirilen 11 adet parametre tahmin metotları sırasıyla Grafik Metot (GM), Maksimum Olabilirlik Metodu (MLM), Modifiye Edilmiş Maksimum Olabilirlik Metodu (MMLM), Enerji Örüntü Faktörü Metodu (EPFM), Rüzgar Enerjisi Yoğunlaştırma Metodu (WEIM), Justus Moment Metodu (JMM), Güç Yoğunluğu Metodu (PD), Lysen Metodu (LM), Moment Metodu (MOM), Mabchour Metodu (MMab) ve Alternatif Maksimum Olabilirlik Metodu (AML)'dur. Bu metotlardan WEIM 2020 yılında önerilirken yine EPFM, PD güncel metotlar olarak literatürde yer almaktadır. MMab ise 1999 yılında önerilmiş olmasına rağmen, literatürde çok fazla karşılaştırmada yer alamamıştır. Bu metotların tümünün birbirleriyle performans ve verimlilik karşılaştırılması 10 farklı bölge için yapılmış ve sonuçlar yorumlanmıştır. Yapılan karşılaştırma üç şekilde gerçekleştirilmiştir; i) Metotlar tarafından tahmin edilen şekil ve ölçek parametreleri kullanılarak oluşturulan olasılık yoğunluk fonksiyonlarının gerçek rüzgar hız değerlerine uyumu incelenerek, ii) Metotlar tarafından tahmin edilen rüzgar enerji yoğunluğunun gerçek rüzgar enerji yoğunluğuna uyumu karşılaştırılmış ve iii) İstatistikte de hata performans metriği olarak kullanılan Ortalama Karekök Hatası (RMSE), Belirleme Katsayısı (R2), Chi-Kare Testi (χ2) olmak üzere üç metodun ve bu tür çalışmalarda kullanılan Rüzgar Enerji Hatası (WEE) olmak üzere toplam 4 adet hata performans belirleme kriterinin kullanılmasıyla analizler Matlab yazılım ortamında gerçeklenmiştir. Çalışmada ayrıca bölgelerin rüzgar enerji yoğunlukları da hesaplanmış ve bu değerler de grafikler halinde eklenmiştir. Yapılan analizler sonucunda her bölge için belirlenen en uygun metot çalışma sonunda belirtilmiştir. Çalışmanın sonucunda, uygun bir metodun bölgeden bölgeye değişiklik göstereceği ve tek bir metodun her bölge için aynı verimi gösteremeyeceği belirlenmiştir. Buna karşın çalışmanın geneline bakıldığında JMM için model performans başarımının yüksek olduğu görülmüştür.