Świat przechodzi progresywną transformację energetyczną. Ostatnio Niemcy i inne kraje europejskie wraz z krajami spoza Europy, takimi jak: Chiny, Indie, USA, Brazylia i Kanada, podjęły poważne wysiłki, aby zmniejszyć swoją zależność od paliw kopalnych, odchodząc od platformy energii konwencjonalnej i tworząc platformy energii odnawialnej [1]. Promowanie włączania odnawialnych źródeł energii, w szczególności energii wiatrowej, do „miksu elektroenergetycznego”, jest jedną ze strategii wykorzystywanych do osiągnięcia tego celu i ograniczenia emisji gazów cieplarnianych [2-4]. Według Międzyrządowego Zespołu ds. Zmian Klimatu (ang. Intergovernmental Panel on Climate Change – IPCC), globalne ocieplenie jest rzeczywistością, a działalność człowieka jest odpowiedzialna za spowodowanie ocieplenia o około 1,0°C powyżej temperatury sprzed epoki przemysłowej, która prawdopodobnie osiągnie 1,5°C w latach 2030-2052 [5]. Aby sprostać wyzwaniom środowiskowym wynikającym z globalnego ocieplenia, wytwarzanie energii z OZE powinno zostać zwiększone jako środek zapobiegawczy nie tylko dla bezpieczeństwa energetycznego, ale także w celu wspierania zrównoważonego rozwoju i dbałości o środowisko [3]. Wiatr jest uważany za atrakcyjny „surowiec energetyczny”, ponieważ jest odnawialny, czysty, społecznie akceptowalny, konkurencyjny ekonomicznie i przyjazny dla środowiska [6]. Międzynarodowa Agencja Energetyczna przewiduje zwiększenie udziału energetyki wiatrowej w przyszłości do co najmniej 18% światowej produkcji energii do 2050 r. [7]. Wśród krajów promujących wiatr jako źródło energii odnawialnej jest 30 krajów, które posiadają moc zainstalowaną powyżej 1 GW i dziewięć krajów o mocy ponad 10 GW, w tym Chiny, USA, Niemcy, Indie, Hiszpania, Wielka Brytania, Francja, Brazylia i Kanada [8].
Zmienny charakter wiatru stwarza szereg wyzwań podczas integracji turbin wiatrowych z siecią elektroenergetyczną, ponieważ może to wiązać się z wysokimi kosztami budowy farm wiatrowych, a także z kosztami przedprojektowych i bieżących badań oceniających. W przeciwieństwie do konwencjonalnych źródeł energii prędkoś wiatru zmienia się zarówno przestrzennie, jak i czasowo, powodując wahania w produkcji energii [9]. Zmienne pogodowe, takie jak kierunek wiatru, temperatura, ciśnienie i wilgotność, wpływają między innymi na produkcję energii wiatrowej [10], w związku z tym integracja farmy wiatrowej z siecią elektryczną wymaga przynajmniej oszacowania przyszłych wartości prędkości wiatru [11]. Rozwój nowych technik w celu lepszego zrozumienia tych zmiennych poprzez symulację, prognozowanie, dopasowywanie krzywych dystrybucji, filtrowanie i modelowanie pozwala podejmować lepsze decyzje dotyczące rozwoju sektora wiatrowego i lepszego zarządzania systemem elektroenergetycznym. Dodatkowo dokładne oszacowanie prędkości wiatru może poprawić bezpieczeństwo, niezawodność i opłacalność eksploatacji farm wiatrowych [12]. Wiąże się to ze zrozumieniem reżimu wiatru w określonym regionie, aby umożliwić dokładniejsze prognozowanie przyszłych wartości w oparciu o te z przeszłości.
Oszacowania przyszłych wartości generacji energii pochodzącej z energetyki wiatrowej obejmują trzy różne horyzonty czasowe: krótko-, średnio- i długotermi-nowe. Prognozy krótkoterminowe są przydatne głównie do celów operacyjnych (tj. ekonomiczne planowanie rozmieszczenia obciążenia, decyzje dotyczące zwiększenia/zmniejszenia obciążenia), podczas gdy prognozy średnioterminowe mają na celu zwiększenie bezpieczeństwa operacyjnego rynku energii elektrycznej dnia następnego i potwierdzenie decyzji online/offline. Wreszcie prognozy długoterminowe dostarczają informacji do oceny ryzyka wystąpienia problemów w systemie elektroenergetycznym, a także do identyfikacji potencjału wytwarzania energii wiatrowej w określonych obszarach, dostarczając cennych danych [13].
Ze względu na złożoność technologii energetyki wiatrowej w niniejszym rozdziale nie jest możliwe szczegółowe omówienie wszystkich powiązanych tematów. Stąd celem opracowania jest raczej przedstawienie przeglądu głównych obszarów związanych z energetyką opartą na wietrze.
