Ich fasse die Projektarbeit über die Stromerzeugungsanalyse der Windkraftanlagen der Welt seit 1980 zusammen, die ich als letzte Aufgabe der letzten Projektklasse geschrieben habe. Diese Projektarbeit wurde in Zusammenarbeit mit dem Institut IWES der Leibniz Uni Hannover verfasst, auf Basis der von Windpower bereitgestellten Daten analysiert und am 17. Mai 2022 endgültig eingereicht.
Ich hoffe, dass diese Analyse denjenigen, die sich mit Windenergie und Forschung befassen, eine gewisse Hilfe sein wird.
Abstrct (Kurzfassung)
After rapid industrialization, our lives have become easier, but due to the excessive use of coal energy for it, problems such as global warming caused by greenhouse gases have been caused. Therefore, there has been a global discussion to prevent global warming, and the development of renewable energy is at the center of it. Among them, wind energy is contributing greatly to decarbonization along with hydro, bio and solar energy. For this reason, the development of wind energy has been continuously developing since the 1980s.
However, as mentioned in the IPCC report, global warming is still recognized as a global problem. To this end, it is also a time when changes are needed, such as maintaining the development that has been carried out so far, checking the possibility of development anew and suggesting a new direction. Therefore, with the broad framework of analyzing the expansion of global wind energy use and the development of wind energy generation facilities since 1980, the purpose of this interdisciplinary project is to analyze and visualize the power generation status of wind power facilities to develop a Basis for future development. is to form. A Python program was used for this, and visualization was performed for 28.169 data based on data up to 2019 out of a total of 33.072 data given to Daten-Bank, excluding data for which data such as location, installed capacity, and year of construction are not provided.
Windpark, installed from 1980 to 2019, has a total installed capacity of 450 GW, and since 2004, the development of wind energy worldwide has been greatly expanded. Although there are differences in terms of time and country, the generation of wind energy after 1980 started at a small Onshore-Windpark and gradually developed on a large scale. In addition, the development of Offshore-Windpark began in the 2000s, and Offshore-Windpark came into the spotlight as a major future development source. For this reason, latecomers such as the United States and China are currently leading the wind energy market with larger installed capacity than countries that have played a pioneering role in wind power generation such as Germany and Denmark.
In addition, the trend toward larger, offshore-windpark transitions is becoming clearer. Offshore-windpark accounts for more than 95% of the windparks that are currently under construction. However, there are also side effects due to high initial investment cost, technical problems, and wake effect in large-scale wind farms. Therefore, it is considered to be able to clarify the direction and potential of wind energy development through technology development that can solve these side effects and active investment and support at the government level to support it.
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Nach der schnellen Industrialisierung ist unser Leben einfacher geworden, aber aufgrund der übermäßigen Nutzung von Kohleenergie dafür wurden Probleme wie die durch Treibhausgase verursachte globale Erwärmung verursacht. Daher hat es eine globale Diskussion gegeben, um die globale Erwärmung zu verhindern, und die Entwicklung erneuerbarer Energien steht im Mittelpunkt. Unter ihnen leistet Windenergie zusammen mit Wasser-, Bio- und Solarenergie einen großen Beitrag zur Dekarbonisierung. Aus diesem Grund hat sich die Entwicklung der Windenergie seit den 1980er Jahren kontinuierlich weiterentwickelt.
Wie im IPCC-Bericht erwähnt, wird die globale Erwärmung jedoch immer noch als globales Problem anerkannt. Dazu ist es auch eine Zeit, in der Veränderungen notwendig sind, wie etwa die bisherige Entwicklung beizubehalten, die Möglichkeit einer erneuten Entwicklung zu prüfen und eine neue Richtung vorzuschlagen. Mit dem breiten Rahmen der Analyse des Ausbaus der weltweiten Windenergienutzung und der Entwicklung von Windenergieanlagen seit 1980 ist es daher das Ziel dieses interdisziplinären Projekts, den Stromerzeugungsstatus von Windenergieanlagen zu analysieren und zu visualisieren, um eine Grundlage für die zukünftige Entwicklung zu bilden. Dazu wurde ein Python-Programm verwendet und 28.169 Daten basierend auf Daten bis 2019 von insgesamt 33.072 Daten, die der Daten-Bank übergeben wurden, visualisiert, ohne Daten, für die Daten wie Standort, installierte Leistung und Baujahr angegeben wurden sind nicht vorgesehen.
Der von 1980 bis 2019 installierte Windpark hat eine installierte Gesamtleistung von 450 GW und seit 2004 wurde der Ausbau der Windenergie weltweit stark ausgebaut. Obwohl es zeitliche und länderspezifische Unterschiede gibt, begann die Erzeugung von Windenergie nach 1980 in einem kleinen Onshore-Windpark und entwickelte sich allmählich in großem Maßstab. Darüber hinaus begann die Entwicklung des Offshore-Windparks in den 2000er Jahren, und der Offshore-Windpark rückte als eine wichtige zukünftige Entwicklungsquelle ins Rampenlicht. Aus diesem Grund führen derzeit Nachzügler wie die USA und China den Windenergiemarkt mit größerer installierter Leistung an als Länder, die eine Vorreiterrolle bei der Windstromerzeugung eingenommen haben, wie Deutschland und Dänemark.
Zudem zeichnet sich der Trend zu größeren Übergängen von Offshore-Windparks ab. Offshore-Windparks machen mehr als 95 % der derzeit im Bau befindlichen Windparks aus. Es gibt jedoch auch Nebenwirkungen aufgrund hoher Anfangsinvestitionskosten, technischer Probleme und Nachlaufeffekte in großen Windparks. Daher wird davon ausgegangen, dass es in der Lage ist, die Richtung und das Potenzial der Windenergieentwicklung durch Technologieentwicklung zu klären, die diese Nebenwirkungen lösen kann, und aktive Investitionen und Unterstützung auf Regierungsebene, um dies zu unterstützen.
Zusammenfassung
Da die von Windpower bereitgestellte Daten-Bank in 27 Kategorien gegliedert und detailliert gegliedert ist, kann die regionale und zeitliche Entwicklung der weltweit verteilten Windparkdaten analysiert und visualisiert werden. Aus diesem Grund war ein Vergleich nach Kontinenten und Ländern möglich, und insbesondere durch die eindeutige Angabe des Einbaujahres war es möglich, den gesamten Entwicklungsprozess über die Zeit zu analysieren. Darüber hinaus ist die Aktualisierung schnell und genau und kann als sehr zuverlässig beurteilt werden, da die Daten-Bank außerdem alle 6 Monate überprüft und korrigiert und vierteljährlich oder monatlich zur Verfügung gestellt wird. Darunter eine vergleichende Analyse basierend auf der installierten Kapazität, eine vergleichende Analyse, die Onshore- und Offshore-Windpark aufteilt, und eine Analyse durch die Ableitung der Leistungsdichte durch den Durchmesser der Anlage analysieren den Prozess der globalen Windenergieerzeugung seit 1980 und prognostizieren die Zukunft lt konnte bei der Analyse der Trends eine entscheidende Rolle spielen. Von insgesamt 33.072 Daten wurden bis 2019 28.169 Daten analysiert. Darunter wurden 147 Datenwerte mit unklaren Datenwerten weggelassen, die eine Genauigkeit von 99,5 % verzeichneten, was die Zuverlässigkeit der Daten bestätigt.
Ein Python-Programm wurde verwendet, um die Daten zu visualisieren, und Pandas bzw. Plotly wurde als Grundlage für eien Paket in Python verwendet. Zur Visualisierung wurden verschiedene Methoden in Betracht gezogen, deren Stärken und Schwächen identifiziert und die für das Analysethema geeignete Landkarte ausgewählt. Die grundsätzlich betrachtete Landkarte-Methode besteht darin, alle Daten als einzelnen Punkt zu zeichnen und auf der Landkarte zu markieren. Der hervorragende Vorteil an dieser Methode ist, dass Sie nicht nur den genauen Punkt jedes Datensatzes sehen können, sondern durch Konzentration auch die Häufigkeit der in diesem Bereich installierten Windparks bestimmen können. Da die installierte Leistung außerdem anhand unterschiedlicher Dichtigkeit klassifiziert wird, ist es möglich, nicht nur die installierte Hauptleistung des Windparks zu überprüfen, sondern auch nach der Größe der installierten Leistung zu klassifizieren.
Es kann eindeutig bestätigt werden, dass der Entwicklungsprozess von Windparks seit den 1980er Jahren von einem kleinen Windpark zu einem großen Windpark im Laufe der Zeit erweitert wurde und dass der Bau von Offshore-Windparks nach den 2000er Jahren begonnen hat. Insbesondere der Offshore-Windpark war ein innovativer Meilenstein, der signifikante Scale-Outs erreichen konnte, die beim Onshore-Windpark nicht umsetzbar waren. Politische Randbedingungen spielen jedoch eine wichtige Rolle bei der Entwicklung dieser nationalen Windenergie. In Deutschland begann sich die Windenergieerzeugung in den 2000er Jahren zu beschleunigen, als das EEG in Kraft trat. Auch im Falle Dänemarks wurde der erste Energieplan 1976 verabschiedet und erzielte danach in den 1990er Jahren unter Beteiligung der Zivilgesellschaft etc. ein starkes Wachstum. Als ob durch die Liberalisierung des dänischen Strommarktes ein dunkles Zeitalter für die Windkrafterzeugung anbrach, werden die politischen Randbedingungen der einzelnen Länder als wichtiger Punkt für die Entwicklung der Windkraft anerkannt. Vor diesem Hintergrund wurden die beiden Länder, die seit den 1980er Jahren den Windkraftmarkt anführen, Deutschland und die politischen Randbedingungen Dänemarks, eingehend analysiert und untersucht. Neben der Untersuchung des Einflusses politischer Randbedingungen auf diese Weise wurde überlegt, ein Vorbild für politische Randbedingungen vorzustellen, die Länder haben sollten, die mit der Windstromerzeugung beginnen, oder Länder, die eine höhere Windstromerzeugung erwarten.
Ausblick
Um Landkarte mit Python zu erstellen, ist es notwendig, ein zu verwendendes Paket aus verschiedenen Paketen in Python auszuwählen und eine Arbeitsumgebung zu erstellen, um es zuerst zu verwenden. Dafür gibt es nicht nur ein Paket, sondern mehrere Pakete. Unter anderem wurde für dieses Projekt ein Paket namens Plotly verwendet Plotly ist ein Paket, das aus Matplotlib entwickelt wurde und Grafikergebnisse interaktiver zeichnen kann, indem es d3.js, eine Webvisualisierungsbibliothek, verwendet. Plotly wurde verwendet, weil es den Vorteil hat, dass die Codegenerierung leicht und übersichtlich ist und Stilelemente für die Kartenvisualisierung benutzerfreundlich sind. Es wurden jedoch Probleme und Einschränkungen in der von Plotly abgeleiteten Landkarte gefunden. Dies liegt daran, dass die Grenzen nicht detaillisert sind und nicht alle Inseln markiert sind. Darüber hinaus ist es möglich, die Größe und den Maßstab einer Landkarte durch Vergrößern und Verkleinern zu ändern, aber es ist schwierig, eine klare Landkarte für jedes Land zu extrahieren, da der bereitgestellte mögliche Grundbereich nur 6 basierend auf der Welt und den Kontinenten ist. Daher war für die Python-Ausgabe durch Photoshop Nacharbeit notwendig. Um diese Einschränkungen zu beheben, werden andere geeignete Geographie-Pakete benötigt. Ein Beispiel wäre ein Paket wie Folium. Es ist bedauerlich, dass die Ergebnisse mit Folium aus fachlichen und zeitlichen Gründen in diesem Projekt nicht zusätzlich abgeleitet werden konnten. Deswegen, wenn ein ähnliches Projekt in der Zukunft durchführt wird, wird die Visualisierung mit Folium anstelle von Plotly empfohlen. Es wird erwartet, dass die Ergebnisse des Projekts durch diese Visualisierung klarer und zuverlässiger werden.
Darüber hinaus wird erwartet, dass es möglich sein wird, eine App zur Erstellung von Landkarten zu entwickeln, die die gewünschten Informationen auf der Grundlage des geschriebenen Python-Codes bei der Durchführung dieses Projekts enthält. Das bedeutet eine App, die automatisch verschiedene Landkarten erstellt, indem sie verschiedene Bedingungen für jedes Land und jeden Zeitraum etc. eingibt. Die Entwicklung einer solchen App hat den Zweck, auch für Benutzer, die Python-Code nicht verstehen, einfach das gewünschte Ergebnis abzuleiten. Basierend auf dieser Entwicklung wird die Analyse von Informationen einfach und Zeit gespart, sodass erwartet wird, dass sie bei der zukünftigen Forschung zur Windenergieerzeugung auf anderen Gebieten hilfreich sein wird. Der dem Anhang beigefügte Python-Code wurde abgeleitet, um die Generierung von Landkarten durch einfache Änderung des Eingabewerts zu ermöglichen, sodass sie für die Entwicklung als einzelne App verwendet werden kann.
Das vollständige Papier (Analye des Windenergiebaus seit 1980 / Deutsch) finden Sie in der Datei unten.
Außerdem können Sie den Inhalt der einzelnen Kapitel im folgenden Beitrag überprüfen. (wird später aktualisiert)
1. Einfuhrung
2. Visuelle Darstellung von Daten
3.1. Windparkenergieausbaus in Deutschland seit 1980 als Onshore
3.2. Windparkenergieausbaus in Deutschland seit 1980 als Offshore
4.1. Windparkenergieausbaus in Dänermark seit 1980 als Onshore
4.2. Windparkenergieausbaus in Dänermark seit 1980 als Offshore
5. Weltweite Windparks
Danke fürs Lesen.