Προσομοίωση της παραγωγής αιολικής ενέργειας σε εθνική κλίμακα: Συγκριτική αξιολόγηση συνόλων δεδομένων και αλγορίθμων βελτιστοποίησης μέσω της έννοιας της εικονικής ανεμογεννήτριας

Η ραγδαία ανάπτυξη της αιολικής ενέργειας στην Ελλάδα καθιστά αναγκαία τη χρήση αξιόπιστων μακροσκοπικών εργαλείων προσομοίωσης. Η παρούσα διπλωματική εργασία αναπτύσσει και αξιολογεί συγκριτικά δύο προσεγγίσεις πρόβλεψης εθνικής κλίμακας: ένα παραμετρικό φυσικό πλαίσιο Εικονικής Ανεμογεννήτριας (Virtual Wind Turbine - VWT) και ένα μοντέλο μηχανικής μάθησης (Random Forest - RF). Αξιοποιώντας μετεωρολογικά δεδομένα από το ERA5 και πραγματικά ιστορικά αρχεία εθνικής παραγωγής αιολικής ενέργειας από το 2015 έως το 2025, και τα δύο μοντέλα μετατρέπουν επιτυχώς τις ταχύτητες ανέμου από ένα μικρό πλήθος (έως επτά) καλά διασπαρμένων τοποθεσιών σε συνολική εθνική παραγωγή αιολικής ισχύος. Ένα βασικό συμπέρασμα που παρήχθη κατά την ανάπτυξη του μοντέλου της εικονική ανεμογεννήτριας, ήταν ότι μια ενιαία βελτιστοποιημένη ισοδύναμη ανεμογεννήτρια αρκεί για να αποτυπώσει τη δυναμική του εθνικού αιολικού δυναμικού, καθώς οι υβριδικές διατάξεις πολλαπλών ανεμογεννητριών δεν προσέφεραν ουσιαστική βελτίωση στην πρόβλεψη. Εξετάζοντας διαφορετικές περιόδους εκπαίδευσης και επαλήθευσης των μοντέλων (cross-validation), η στρατηγική εναλλασσόμενης εκπαίδευσης σε "Μονά-Ζυγά" (Odd-Even) έτη αποδείχθηκε η βέλτιστη προσέγγιση για τον μετριασμό της αλγοριθμικής υπερπροσαρμογής (overfitting) και της χρονολογικής απόκλισης. Η συγκριτική ανάλυση ανέδειξε τα πλεονεκτήματα και τα αδύναμα σημεία των μοντέλων προσομοίωσης. Το μοντέλο RF παρουσίασε αξιοσημείωτη προγνωστική απόδοση (MAE ~7%, NSE έως 0,735) και αποδείχθηκε πολύ αποτελεσματικό για βραχυπρόθεσμη διαχείριση ενέργειας. Στον αντίποδα, το μοντέλο VWT παρείχε ένα εξαιρετικά ικανοποιητικό μέσο ποσοστιαίο σφάλμα (MAE) της τάξης του 8,5% σε σχέση με την εγκατεστημένη ισχύ, γνωστοποιώντας τις βελτιστοποιημένες παραμέτρους που χρησιμοποίησε, καθιστώντας το κατάλληλο για μακροσκοπική διαχείριση ενέργειας. Παρά τις δομικές τους διαφορές, και τα δύο μοντέλα εντόπισαν με συνέπεια την Ανατολική ηπειρωτική Ελλάδα ως τον κυρίαρχο γεωγραφικό κινητήριο μοχλό της παραγωγής. Σημαντικό είναι ότι, η χρονική εξέλιξη της μεροληψίας (bias) σημείωσε μια προοδευτική αναστροφή της πρόβλεψης από μικρή υπερεκτίμηση σε ελαφρά υποεκτίμηση κατά τη διάρκεια της δεκαετίας. Αυτή η πορεία αντικατοπτρίζει την τεχνολογική αναβάθμιση του ελληνικού δικτύου, καθώς και τις σημαντικές απορρίψεις φορτίου ενέργειας. Τα αποτελέσματα διάφορων πειραμάτων προσομοίωσης συγκρίνονται σε διαφορετικές κλίμακες και εξάγονται συμπεράσματα, τα οποία ανοίγουν τον δρόμο για μελλοντικές ερευνητικές θεματικές.