авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |

Оценка ветроэнергетическогопотенциала на различныхвысотах (напримере юго-востокаевропейской территориироссии)

-- [ Страница 4 ] --

Каждая конкретная скорость ветравносит свой вклад в среднее значениеудельной мощности ветрового потока, ноэтот вклад существенно зависит от ееповторяемости. Для иллюстрации этойзависимости на рис. 7 представлена компиляция двухграфиков, один из которых характеризуетпрямопропорциональную зависимостьудельной мощности ветрового потока от кубасередины градации скорости ветра, а второйхарактеризует повторяемость этойградации. При построении были использованысоответствующие данные по г. Ершову(Саратовская область) на высоте 10 м.Удельная мощность ветрового потока дляконкретных градаций определялась нами поформуле (0,613=0,51,226), где vi– серединаградации, pi – повторяемостьi-тойградации. Вследствие кубической зависимостиудельной мощности ветровогопотока отскорости ветра наибольшийвклад вформирование ее среднегозначения дают не наиболее частонаблюдаемые и даже не средниескорости, апревышающие их в 1,5-2 раза.

Выполнивинтегрирование уравнения (5)с учетом выражения (7),получим окончательную формулу для расчётасредней удельной мощности ветровогопотока в виде:

(12)

где – средняяскорость ветра. При оценке ветроэнергопотенциала на произвольнойвысоте приземногослоя атмосферы (осиветроколеса)необходимо учитывать лишь среднюю скорость ветра наэтом уровне.

 Рис. 7.Повторяемость скоростейветра p ираспределение -76

Рис. 7.Повторяемость скоростейветра p ираспределение средней годовой

удельной мощности N на высоте 10 мв г.Ершов (Саратовская область). 1–наиболее часто

наблюдаемая скорость, 2 -средняя скорость ветра, 3–скорость, обеспечивающаянаибольший вклад в годовуювыработку энергии.

Методы оценкиэксплуатационных характеристик ВЭУ. Для нахожденияпродолжительности рабочих скоростей ветравоспользуемся установленным намиобобщенным законом распределения.Известно, что стартовая скорость ветра, прикоторой у ВЭУ начинает вращатьсяветроколесо, для многих ВЭУ составляетпримерно 3 м/с, поэтому продолжительностьдиапазона рабочих скоростей tрбудет равна:

,(14)

где Т – период, ч (год– 8760,полугодие –4380, месяц –720 часов и т.д.). Суммарная длительностьпростоев или энергетических затиший ВЭУtп равна:

.(15)

Таким образом, для тогочтобы рассчитать длительность простоевветроагрегата достаточно найти разностьмежду периодом превышения начальнойскорости Т изначением продолжительности диапазонарабочих частот tр.Для расчета среднейнепрерывной длительности простоевВЭУ может ис­поль­зоваться полученная А.Д.Дробышевым [1997] аналитическаязависимость:

tп(v3),ч = t (v3) [100 – P(v 3)]/ P(v 3). (16)

Аналогичныерезультаты с использованием уравнения (7)можно получить для других значенийскорости трогания ветроколеса.

Для расчетапрочностных характеристиквысотных сооружений, каким является ВЭУ,обычно используются значения максимальныхскоростей ветра, возможных за какой-либо период.Они определяют ветровые нагрузки (напор) навысотные здания и сооружения. Взависимости от типа сооружения, отпроектируемой продолжительности егоэксплуатации может быть заданаобеспеченность, с которой наблюдаетсянаибольшаяскорость ветра. Эта задача решается в дваэтапа. Сначала определяетсяобеспеченность наибольших скоростейветра,возможных в предполагаемый период, а затемпо ней рассчитывается ее значение. Длярасчета обеспеченности наибольшихскоростей ветра в зависимости от периодаповторения используется соотношение[Заварина, 1971]:

(18)

где Т – число лет, закоторые хотя бы один раз наблюдаетсянаибольшая скорость ветра, равная илипревосходящая величину v, N – число наблюденийв течение года. Решив уравнение (7)относительно v с использованием значений F получим выражениедля аналитической оценки наибольшейскорости ветра, возможной 1 раз в периодразличной длительности:

(19)

Сравнение расчетных максимальныхскоростей ветра, возможных 1 раз в 20 лет(гарантийный срок крупных ВЭУ) сопубликованными в справочниках поклимату показало их хорошеесогласование.

По большинствуметеостанций рассчитанные по формуле(19) наибольшиескорости ветра отличаются не более чем на±2 м/с, что вполне возможно при примененииразличных методик. При расчете намииспользовались данные при­веденные кусловиям ровной открытой местности ивысоте 10 м над поверхностью земли. Анализпоказывает, что на метеостанцияхрасположенных среди элементовзатененности как ниже, так и выше флюгерарассчитанные нами наибольшие скоростиветра возможные 1 раз в 20 лет оказываютсянесколько выше и, наоборот, дляметеостанций на возвышенных участках– ниже.Одним из важнейших результатов этогоанализа является вывод о применимостиуравнения (19)для расчета наибольших скоростей ветра втребуемый период лет. Он может бытьрекомендован для решения других задач,например связанных с расчетом ветровыхнагрузок на высотные здания исооружения.

Глава 5. В основу оценкиветроэнергопотенциала региона, безусловно, должны быть положены особенности распределения ветровыххарактеристик по территории и во времени.От того, какова сила ветра, пов­торяемость ипродолжительность энергоактивныхскоростей, во многом будут определятьсяэкономичность и эффективность ветроиспольэования.Поэтому разработка ветроэнергетическо­го кадастра (ВЭК) ианализ его элементов является первоочереднойзадачей. Изучение особенностейпространственного и временногораспределения характеристик ветра наевропейской территории юго-востока России осуществлялось спривлечением данных справочников поклимату СССР. Ниже излагаютсярезультаты собственныхисследований.

На территорииУльяновской, Куйбышевской, Пензенской,Саратовской и Оренбургской областей набольшинстве метеостанций класс открытостисоставляет 6-8 баллов, что соответствуетотдельным элементам затененности нижевысоты флюгера, способных слабодеформировать ветровой поток. ВВолгоградской области примерно по третистанций расположены как на выпуклых, так ивогнутых формах рельефа. Это можетприводить к большей пестроте среднихскоростей ветра и большей их изменчивостипо территории, связанной с влияниемрельефа. Рядметеостанций Астраханской областирасположены на островах в устье Волги иКаспийском море (Укатный остров, Дамчик,Чистая Банка) – здесь класс открытости по всемнаправлениям горизонта или части из нихповышается до 10, а это обусловливаетусиленный ветровой режим под влияниемводоема. Вместе с тем достаточно большоечисло метеостанций Астраханской области иКалмыкии расположены на местности склассом открытости 6-8 баллов.

Как показывают наширасчеты, величина поправочногокоэффициента скла­дывается не только из классазатененности, но и повторяемости ветровданного направления в конкретномместоположении. В ряде мест, несмотря наналичие в отдельных сторонах горизонтаэлементов затененности выше флюгераповторяемость этих направленийнезначительна и коэффициент невелик.

Анализполученных коэффициентов на защищенностьместоположений метеостанции показал, что для отдельных местоположений ониоказались исключительно высоки – 1,3-1,6, в соответствии счем, наблюденные средние скорости ветранеобходимо значительноувеличивать. Посколькутаких метеостанций менее 10% отпривлеченных к исследованию, длянедопущения крайних погрешностей оценкиветроэнергетического потенциала иизучения его географическогораспределения, онисо значениями поправочного коэффициентаболее 1,3 из анализа исключены.

В качестве исходныхданных использовались средние месячные игодовые скорости ветра почти по 200метеостанциям рассматриваемого региона,содержащиеся в справочниках по климату.Они, всоответствии с принципами разработаннойнами методики, были предварительно приведены ксравнимым условиям – ровной открытой местности и высоте ветроизмерительного прибора 10 м.Карты построены с применениемгеоинформационных систем, в пакеткоторых входит программа Mapinfo (версия 8.5) длясоздания электронной базы данных и ихгеографической привязки, а также Vertical Mapper (версия 3.1) дляпроведения изолиний. Эти программыпозволяют производить пространственнуюинтерполяцию данных с высокой разрешающейспособностью.

В целом нарассматриваемой территории средниегодовые скорости ветра науровне 10 м изменяются от 3,1(Михайловка Волгоградской области) до 5,8 м/с(Волгоград, Гумрак). Оба пункта находятся водном и том же административном районе(Волгоградская область) в одинаковыхусловиях открытости горизонта – на выпуклойповерхности без элементов затененностивыше флюгера. Следовательно, такаяизменчивость средних скоростей ветра насравнительно небольшой территории связанане только сближайшимокружением,но и свысотой надуровнем моря, а также местнойорографией,способной усиливать или ослаблять ветровой поток. Наэто обращал внимание иА.Д. Дробышев [1994], разрабатываяклассификацию местных условийметеостанций для избавления от искажающего влияниянеоднородности подстилающей поверхностина ветровой режим.

­Изрис. 8 следует, что набольшей части рассматриваемой территориисредние годовые скорости ветра составляют4,5-5,0 м/с. Наиболее высокие скоростиветра (более 5 м/с) приурочены котносительно возвышенным территориям–Бугульминско-Белебеевская и Приволжскаявозвышенности, юго-восточная оконечностьСреднерусской возвышенности,Волго-Уральс­кое и Предуральское плато, Ергени.Пониженныесредние годовые скорости ветра (менее 4,5м/с) характерны для пониженных форм рельефа–Окско-Донская равнина, Низкое Заволжье,долина устья Волги и Калмыцкая степь. Надо иметь ввиду, что в границах всех

Рис. 8. Средняя годоваяскорость ветра (м/с) на уровне 10 м

административныхобластей имеются возвышенные участки,поэтомуимеютсявозможности выбрать на их территории места для размещениявысокопроизводительных ВЭУ. Отметим, чтовесьма перспективным районом вветроэнергетическом отношении на рассматриваемой территорииоказываются Ергени(Калмыкия). Территорию юго-востокаевропейской части России по величинесредней годовой скорости ветра можнорассматривать как перспективную дляразвития большой ветроэнергетики. Средниескорости ветра здесь оказываются почти в 1,5раза выше, чем в Прикамье, где скоростиветра более 4 м/с отмечаются лишь нанебольших пространствах северо-западарегиона.

Годовой ход ветрана всейрассматриваемой территории выражендовольно четко. Средние скорости особенно повышеныв феврале-марте, а понижены виюне-августе. В целом холодное полугодие посравнению с теплым более ветреное. Средняяскорость в этот период года на 20-25% больше.Амплитуда колебаний средних месячныхскоростей ветра в годовом ходе существеннозависит от местных условий.

Проведенный нами анализ пространственногораспределения полногосреднего куба скорости на высоте 10 м показывает,что онв основномследует загеографическимизменением средней скоростиветра. Набольшей части рассматриваемойтерритории полный куб скорости ветра составляет 100-200 (м/с)3.Вместес тем,почти навсей ЮВ ЕТР можно выбрать местоположения,где онповышается до 200-400 (м/с)3.Эти местаобычно приурочены к плавно выпуклымвозвышенным формам рельефа, там средниескорости ветра принимаютповышенные значения. Впониженных местоположенияхсредний кубскорости ветра менее 100 (м/с)3. Практическое значение картсостоит в том, что они позволяют определитьудельную мощность ВЭУ, расположенных наровной открытой местности (плоские формырельефа).

Основным недостаткомветра как энергоисточника является егоне­пос­тоянство во времени, что служитпричиной кратковременных перебоев подачиветровой энергии потребителю. От того,насколько длительны эти перебои, зависитэффективность ветроиспользования в тойили иной сфере применения ВЭУ. Поэтомуособое вниманиеуделено изучению режима вариаций ветра вовремени.Поскольку при слабых скоростях ВЭУ неработает, целесообразно оценитьдлительность периодов с рабочими ине­рабочимиветрами.

На высоте 10 мсуммарная средняя годовая длительностьработы ВЭУ со скоростью троганияветроколеса 3 м/с зависит от местоположенияи, как показали наши расчеты, изменяется потерритории от 57 до 80%. Результаты расчетов показывают,что суммарная длительностьтаких скоростей ветра составляет врайонах: сосредними значениями менее4,5 м/с –50-70%, со скоростями4,5-5,5 м/с – превышает 70% времени года, а внаиболее ветреных местах приближается к 80%. Таким образом, на большей частитерритории благоприятный для эксплуатациирежим ветра на уровне 10 мдлится более 9-10 месяцев вгоду. Вследствие сезонного характераизменения скорости ветра, значения диапазона рабочих скоростейветра tр варьируют от зимы к лету, так чтогодовая амплитуда достигает около 100часов.

По нашим расчетам свысоты 90 м и выше вероятность ветров 3 м/с иболее почти постоянна и составляет 90% науровне 90 м и 94% на уровне 150 м. Различия потерритории не превышают 1%. Этосвидетельствует о том, что простои ВЭУ укоторой начальная скорость трогания 3 м/сбудут составлять всего 10% продожительности годаили всего 36,5 дней в году, если осьветроколеса расположена на высоте 90 м иболее. На высоте 70 м суммарнаяпродолжительность работы ВЭУ составляет87% от времени года.

Результатыпроведенных нами расчетов временныххарактеристик показали, что в выбранномнами регионе ос­новные особенности режима ветра вцелом проявляются и в распределе­нии среднейдлительности энергетических затиший иэнергоактивных скоростей.Непрерывные периодыэнергетических шти­лей, характеризующие вре­мя возможныхпростоев ВЭУ, изменяются по территории. Онисоставляют на равнине 7-9 чи в наиболее «ветреных» райо­нах территории– 4-6 ч.

Глава 6.В настоящее времяпроисходит переориентация стратегиииспользования ветровой энергии отмаломощных ВЭУ на промышленныемегаваттные ВЭС. В странах с ограниченнымитрадиционными энергетическими ресурсами(Дания, Германия и др.) больше вниманияуделяется именно технологиямпромышленного использования энергииветра. Однако, на наш взгляд, недооцениватьиспользование маломощных ВЭУ, несомненно,не следует, их рационально применять вкачестве энергосберегающих автономныхтехнологий. Стремление получить как можнобольшее количество энергии связано, преждевсего, с необходимостью увеличенияометаемой ветроколесом площади, а этонеизбежно приводит к удлинению лопастей иподнятию оси ветроколеса на значительнуювысоту. С учетом этих тенденций появляетсяновая проблема, связанная с необходимостьюразработки научных основ восстановлениярежима скоростей ветра на различныхвысотах, определяющих производительностьВЭС, их экономическую эффективность ипринятия хозяйственныхрешений по ихприменению.

Главной задачей,решаемой в настоящей главе, являетсяоценка ВЭР всего нижнего 150-метро­вого слоя воздуханад европейской юго-восточной частью России сиспользованием сформулированной намиклимато-информа­ционной технологии. Отметим, этатехнология позволяет осуществитьклиматологическое обеспечениеиспользования как маломощныхэнергосберегающих ВЭУ, так и промышленноориентированных мегаваттных ВЭС.

Ранее А.Д. Дробышевым[1997]выполнена оценка ветроэнергетическихресурсов Прикамья (сопредельной насеверо-востоке территории) на уровнях 30 и 100м с использованием полного среднего кубаскорости ветра. Поэтому в настоящемисследовании в качестве основнойхарактеристики для оценки ВЭРрассматриваемой терри­тории такжепринято распределение ,что позволяет сравнить ветроэнергетические потенциалы этих территорий.Величина является полнымсредним кубом возможных скоростейветра.Переход отсреднего куба скорости к осуществляется умножением на. Если в качестве принять егозначение для стандартной атмосферы равное1,226, то величина множителя составит 0,613.На правомерность такого подхода указывалиеще Л.Е. Анапольская и Л.С Гандин [1978]. При этомвеличина произведенной ВЭУ всей энергииопределится выражением: ,где S – ометаемаяветроколесом площадь, Т – время. Рис. -94,где S – ометаемаяветроколесом площадь, Т – время. Рис. -95,где S – ометаемаяветроколесом площадь, Т – время.

Рис. 9. Среднийгодовой полный куб скорости ветра(и/с)3 науровне 70 м

Отметим, что в отличиеот [Борисенко, 2008],где также приводилось районированиестраны по климатическимветроэнергоресурсам науровне 100 м, в настоящейдиссертации такое районирование впервыедано для 8 уровней приземного слояатмосферы ЮВЕТР. Практическое значение такихразработок очевидно, так как высота осиветроколеса наиболее перспективных ВЭУсоставляет не менее 50 м, а зачастуюдостигает 100-150 м.

Для выявленияособенностей распределения скорости ветраи его энергетических параметров потерритории и высоте в соответствии с оригинальнойметодикой, разработанной нами в главе 4 внастоящем диссертационном исследованиибыли построены карты географическогораспределения полного среднего кубаскорости ветра на разных уровнях 10, 30 50, 70, 90, 110, 130 и150 м надземлей (на рис.9 приведена карта-схема длявысоты 70 м). Отметим, чтокарты такой малой дискретности являютсяпрецедентными не только длярассматриваемого региона, но и России вцелом. Они позволили вскрыть рядвнутрирегиональных особенностейпространственного распределенияветроэнергетических ресурсов, ранеенеизвестных. Так оказалось, что фоновыекарты ветроэнергетических ресурсов[Борисенко, 2008], построенные по ограниченномучислу метеостанций для всейРоссии, скрываютперспективные для ветроэнергетики участкивнутри региона. Как показало настоящееисследование, внутрирегиональные значения могут быть в 2 раза выше и нижефоновых. Построенные намикарты позволяют с необходимой точностьюотразить характер мезомасштабнойизменчивости дляограниченных участков территории. В связис этим, на наш взгляд, необходимаразработка карт географическогораспределения ветроэнергоресурсов поотдельным территориям именно сиспользованием максимально возможногочисла метеостанций.

Анализ картгеографического распределения среднегокуба скорости ветра позволил установитьтакую важную для применения ВЭУособенность как то, что территории как сповышенными, так и пониженными егозначениями пространственно сопряжены, т.е.располагаются над одними и теми жетерриториями на любом из рассматриваемыхуровней.



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.