Uncertainty and sensitivity analyses in wind resource assessment. /Analyses d'incertitude et de sensibilité dans l'évaluation des ressources éoliennes.

Tsvetkova, Olga (2022). Uncertainty and sensitivity analyses in wind resource assessment. /Analyses d'incertitude et de sensibilité dans l'évaluation des ressources éoliennes. Thèse. Québec, Doctorat en sciences de la terre, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 256 p.

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Résumé

Cette thèse traite des aspects de la quantification de l'incertitude dans l'évaluation des ressources éoliennes avec les pratiques d'analyses d'incertitude et de sensibilité. Les objectifs de cette thèse sont d'examiner et d'évaluer la qualité des pratiques d'analyse de sensibilité dans l'évaluation des ressources éoliennes, de décourager l'utilisation d'une analyse de sensibilité à la fois, d'encourager l'utilisation d'une analyse de sensibilité globale à la place, d'introduire des méthodes d'autres domaines., et montrer comment les analyses d'incertitude et de sensibilité globale ajoutent de la valeur au processus d'aide à la décision. Cette thèse est organisée en quatre articles :

I. Une revue des pratiques d'analyse de sensibilité dans l'évaluation des ressources éoliennes avec une étude de cas de comparaison d'analyses de sensibilité individuelles et globales du coût actualisé de l'énergie éolienne offshore ;

II. Technique Quasi-Monte Carlo dans l'analyse de sensibilité globale dans l'évaluation des ressources éoliennes avec une étude de cas sur les Émirats Arabes Unis;

III. Utilisation de la famille de distribution Halphen pour l'estimation de la vitesse moyenne du vent avec une étude de cas sur l'Est du Canada;

IV. Étude d'évaluation des ressources éoliennes offshore du golfe Persique avec les données satellitaires QuikSCAT.

Les articles I à III ont chacun donné lieu à une publication évaluée par des pairs, tandis que l'article IV - à une soumission. L'article I propose des classifications par variable de sortie d'analyse de sensibilité, méthode, application, pays et logiciel. L'article I met en évidence les lacunes de la littérature, fournit des preuves des pièges, conduisant à des résultats d'évaluation erronés et coûteux des ressources éoliennes. L'article II montre comment l'analyse de sensibilité globale offre une amélioration au moyen du quasi-Monte Carlo avec ses plans d'échantillonnage élaborés permettant une convergence plus rapide. L'article III introduit la famille de distribution Halphen pour l'évaluation des ressources éoliennes. Article IV utilise les données satellitaires SeaWinds/QuikSCAT pour l'évaluation des ressources éoliennes offshore du golfe Persique. Les principales contributions à l'état de l'art avec cette thèse suivent. À la connaissance de l'auteur, aucune revue de l'analyse de sensibilité dans l'évaluation des ressources éoliennes n'est actuellement disponible dans la littérature, l'article I en propose une. L'article II relie la modélisation mathématique et l'évaluation des ressources éoliennes en introduisant la technique de quasi-Monte Carlo dans l'évaluation des ressources éoliennes. L'article III présente la famille de distribution de Halphen, de l'analyse de la fréquence des crues à l'évaluation des ressources éoliennes.

This dissertation deals with the aspects of quantifying uncertainty in wind resource assessment with the practices of uncertainty and sensitivity analyses. The objectives of this dissertation are to review and assess the quality of sensitivity analysis practices in wind resource assessment, to discourage the use of one-at-a-time sensitivity analysis, encourage the use of global sensitivity analysis instead, introduce methods from other fields, and showcase how uncertainty and global sensitivity analyses adds value to the decision support process. This dissertation is organized in four articles:

I. Review article of 102 feasibility studies: a review of sensitivity analysis practices in wind resource assessment with a case study of comparison of one-at-a-time vs. global sensitivity analyses of the levelized cost of offshore wind energy;

II. Research article: Quasi-Monte Carlo technique in global sensitivity analysis in wind resource assessment with a case study on United Arab Emirates;

III. Research article: Use of the Halphen distribution family for mean wind speed estimation with a case study on Eastern Canada;

IV. Application article: Offshore wind resource assessment study of the Persian Gulf with QuikSCAT satellite data.

Articles I-III have each resulted in a peer-reviewed publication, while Article IV – in a submission. Article I offers classifications by sensitivity analysis output variable, method, application, country, and software. It reveals the lack of collective agreement on the definition of sensitivity analysis in the literature, the dominance of nonlinear models, the prevalence of one-at a-time sensitivity analysis method, while one-at-a-time method is only valid for linear models. Article I highlights gaps in the literature, provides evidence of the pitfalls, leading to costly erroneous wind resource assessment results. Article II shows how global sensitivity analysis offers improvement by means of the quasi-Monte Carlo with its elaborate sampling designs enabling faster convergence. Article III introduces the Halphen distribution family for the purpose of wind recourse assessment. Article IV uses SeaWinds/QuikSCAT satellite data for offshore wind resource assessment of the Persian Gulf. The main contributions to the state-of-the-art with this dissertation follow. To the best of author’s knowledge, no review of sensitivity analysis in wind resource assessment is currently available in the literature, Article I offers such. Article II bridges mathematical modelling and wind resource assessment by introducing quasi-Monte Carlo technique to wind resource assessment. Article III introduces the Halphen distribution family from flood frequency analysis to wind resource assessment.

Type de document:	Thèse Thèse
Directeur de mémoire/thèse:	Ouarda, Taha B. M. J.
Mots-clés libres:	quasi-Monte Carlo; énergie éolienne; évaluation des ressources éoliennes; analyse de sensibilité; analyse de sensibilité globale; analyse d'incertitude; famille de distribution Halphen; Halphen type A; Halphen type B; QuickSCAT; wind energy; wind resource assessment; sensitivity analysis; global sensitivity analysis; uncertainty analysis; Halphen distribution family; Halphen type A distribution; Halphen type B distribution
Centre:	Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt:	30 mars 2023 19:33
Dernière modification:	30 mars 2023 19:33
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/13262

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