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 |   ...   | 3 | 4 ||

Оценка ветроэнергетическогопотенциала на различныхвысотах (напримере юго-востокаевропейской территориироссии)

-- [ Страница 5 ] --

Вторая немаловажнаяособенность географическогораспределения показателейветроэнергетического потенциала состоит втом, что наименьшие значения соответствуют пониженнымтерриториям, особенно находящимся в такназываемой ветровой тени возвышенностей. Кним можно отнести восточные частиОкско-Донской и Среднерусской равнин, сюдапопадают западные районы Татарстана,Пензенской, Саратовской и Волгоградскойобластей. Сравнительно пониженнымветроэнергетическим потенциалом обладаетНизменное Заволжье, Калмыцкая степь иУфимское плато (абсолютные высоты до 220 м),находящееся междуБугульминско-Белебевской возвышенностью(абсолютные высоты 220-400 м) и южным Уралом(абсолютные высоты 450-1200 м). Относительноповышенные значения приходятся на восточную оконечностьСреднерусской и Приволжскуювозвышенности, Заволжье Саратовской иВолгоградской областей.

На рассматриваемойтерритории наибольшие значения полногокуба скорости ветра на уровне 30 м превышают800 (м/с)3, этоболее чем в 2 раза больше чем в Прикамье 400(м/с)3[Дробышев, 1997]. Наименьшие же значения здесьпримерно такой же величины (400 (м/с)3), что и вПрикамье (около 300 (м/с)3). Этохарактеризует ЮВ ЕТР как весьма перспективнуютерриторию для примененияветроэнергетики. Еще ярче это проявляется на уровне100 м. На этой высоте даже наименьшие длятерритории (около 900 (м/с)3) оказываются существенно вышенаибольших в Прикамье (800-850 (м/с)3).

Выполняя фоновоерайонирование территории России поудельной мощности ветрового потока навысоте 100 м М.М. Борисенко и др. [2010] обратиливнимание на перспективность дляветроэнергетики предгорий СеверногоКавказа, включая при­брежную часть Каспия и междуречьеДона и Волги. В этом районе ко­эффициентиспользования установленной мощности, поданным расче­тов этих авторов, составляет0,40-0,45.

Вместе с тем отметим,что средняя годовая удельная мощностьветрового потока на уровне 100 м по фоновомурайонированию России М.М. Борисенко и др.[2008] нарассматриваемой нами территориисоставляет 400-700 Вт/м2. По нашим же оценкам на этом уровнезначение в регионеизменяется от 600 до 1050 Вт/м2, что значительновыше. Таким образом, использование данныхбольшего числа метеостанций и новаяклимато-инфор­ма­ционная технология оценкиветроэнергетического потенциалапозволило уточнить и детализироватьфоновые величины ветроэнергетическогопотенциала на юго-востоке ЕТР и выявитьздесь наиболее перспективныетерритории.

Третьей особенностьюпространственного распределенияхарактеристик ветроэнергетическогопотенциала на ЮВ ЕТР является такая егоизменчивость по территории, котораяпозволяет выбрать площадки дляэффективного размещения ВЭУ в каждойадминистративной области в составеПриволжского и Южного Федеральных Округов.

На каждом израссматриваемых уровней из оценокполного среднего куба скорости ветрапо всем метеостанциям в регионе намивыбрано наибольшее и наименьшее егозначение. На высоте 10 м отношениенаибольших в регионе значений к наименьшим составляет4,5, что свидетельствует о значительнойпространственной изменчивости этойхарактеристики. На высоте 50 м это отношениеснижается до 2,2, на высоте 100 м – до 1,6, а на высоте150 м – до 1,4.Это свидетельствует о выравниваниискоростного режима ветра с высотой и,соответственно, пространственногораспределения .

В результатепроведенных нами исследований установленотакже наличие хорошей корреляционнойсвязи между значениями средней годо­вой скорости ветрау поверхности Земли v10 и среднего кубаскорости ветра на различных высотах(удельной мощно­сти ветрового потока). Как показали наширасчеты,коэффициенты линейной корреляции и налюбой высоте достаточно высоки исоставляют 0,95-0,97. Такие их высокие значенияуже допускают принять в качествеаппроксимирующей линии – прямую. Такоедопущение, как показали расчеты, вполнеоправдано. Лишь в области малых иповышенных средних годовых скоростейветра различия аналитических иэмпирических , рассчитанныхпо уравнениям, могут доходить до 5%.

Как показалодополнительное выявление вида связи между и,все же более точно она аппроксимируется по­линомиальнымуравнением второй степени. Параболическая зависимость этихвеличин практически исключает различия, адостоверность аппроксимации повышается до1 с точностью в пятом знаке после запятой исвидетельствует о почти функциональнойзависимости. Такую жезависимость отмечали М.М. Борисенко, Е.О.Гобарова и Е.Л. Жильцова [2010] для условийЛенинградской области на высоте 200 м.Ее и следует принять дляинтерполяции значений нанекоторых уровнях в виде полученных намиуравнений, параметры которых оцененыметодом наименьших квадратов:

z = 30м = 35,7 –56,4 + 118,

z = 50м = 29,2 + 21,6 + 125,

z = 70м = 25,2 + 58,5 + 236,

z = 90м = 23,4 + 65,8 + 417,

z =110м = 23,3 + 50,2 + 652,

z =130м = 24,8 + 16,3 + 928,

z =150м = 27,6 –32,9 + 1238.

Как следует изприведенных формул, с ростом высотывеличина свободного члена увеличивается, аэто свидетельствует об ослабевании иливыравнивании влияния скорости ветра науровне 10 м на пространственноераспределение удельной мощности ветровогопотока на более высоких уровнях.

Полученные намиуравнения позволили построить ряд номограмм,позволяющуюполучать ветроэнергетическиехарактеристики на требуемом уровне. На рис.10 для примера приведена номограмма для оценки среднего годовогополного куба скорости ветра на любойпроизвольной высоте нижнего 150-метровогоприземного слоя атмосферы в зависимости отсредней скорости ветра на уровне 10 м. Дляэтого для значений средней скорости ветрана высоте 10 м начиная с 3 м/с с шагом 0,5 м/с поприведенным выше формулам рассчитанозначение на каждомрассматриваемом уровне. Изрис. 10 следует, чтонарастание с увеличениемвысоты почти не зависит от величиныскорости ветра на высоте 10 м. Однако при ихзначениях менее 4 м/с средний куб скоростиветра с высотой увеличивается все женесколько резче, особенно на высотах 60-100 м.

 Рис.10.Номограмма для оценки полного среднегокуба скорости -169

Рис.10.Номограмма для оценки полного среднегокуба скорости ветра ,(м/с)3 на любой

высоте 150-метровогоприземного слоя атмосферы по скоростиветра на уровне 10 м

Как было показановыше, средние годовые скорости ветранеобходимы как для оценки мощности, так ипроизводимой за время эксплуатации той илииной ВЭУ энергии а, следовательно,позволяют найти себестоимость их единицы.В конечном счете, это определитцелесообразность использования ВЭУ вданном регионе. Немаловажным факторомявляются и внутригодовые вариации этиххарактеристик. В некоторых местностях этотфактор может быть даже решающим, еслипроизводство энергии ВЭУ приходится на«пик» потребляемости.

Изменение тех или иныххарактеристик ветра в течение года намирассматривается как отклонение отсреднего годового значения, выраженное впроцентах. Годовой ход почти всехклиматических характеристик ветра потерритории чрезвычайно изменчив. Наиболееустойчива обеспеченность скоростей ветра3 м/с. Этахарактеристика может быть использованадля оценки продолжительности выработкиветроэнергии или простоев ВЭУ. Какпоказывают расчеты, на уровне 50 мвероятность простоев ВЭУ составляет 25-30%, ана уровне 100 м, как правило, не превышает 20%.Это достаточно низкая вероятностьпростоев ВЭУ. В среднем за год простой ВЭУсоставляет чуть больше 2 месяцев. Однаковеличина производимой ВЭУ энергии можетварьировать в зависимости от среднеймесячной скорости ветра в том или иномрайоне рассматриваемой территории.

Годовой ход почти всехклиматических характеристик достаточносложен и не представляет собой простуюплавную кривую с одним максимумом и однимминимумом. В период с декабря по март наибольшие средниемесячные скорости ветра на всехрассмотренных уровнях на всей территориимогутприходиться на любой из этих месяцев. Впериод с декабря по март полный средний кубскорости ветра на 25-30% выше средних годовыхзначений.

В летние месяцыхарактерна та же особенность – минимум можетотмечаться как в июле, так и в августе.Низкие значения климатическиххарактеристик ветра позволяют выделитьпериод с июня по август как маловетреный. Вэтот период средние месячные скоростиветра снижены на всех уровнях, аветроэнергетический потенциалоказывается на 30-35% ниже средних годовыхзначений.

В апреле-маепроисходит переход от зимнего к летнемуветровому режиму, а в периодсентябрь-ноябрь, наоборот, от летнего кзимнему. Причем веснойветроэнергетический потенциал, выраженныйчерез , набольшинстве рассмотренных метеостанцийоказывается примерно на 10-20 % выше среднихгодовых значений, а осенью на такую жевеличину ниже.

Выявленныезакономерности годового хода сводятся ктому, что четко выделяются два периода снаибольшими и наименьшими значениямиветроклиматических характеристик.Наибольшие их значения отмечаются в периодс декабря по март. Максимум полногосреднего куба скорости ветра нарассматриваемой территории можетотмечаться в любой месяц этого периода.Точность их расчета не позволяет надежновыделить приоритетный месяц. В целомхолодный период (XII-III)следует характеризовать как наиболееблагоприятный для использованияветроэнергетического потенциала.Наименьшая плотность ветровой энергиихарактерна для периода с июня по август.

В заключение отметим,что годовой ход ветроэнергетическиххарактеристик при использованиипромышленных ВЭС не имеет определяющегозначения, т.к. только гарантийный срок ихэксплуатации может составлять до 20 лет,поэтому, в конечном счете, важна лишьвеличина произведенной ею электроэнергии.То, что наибольшее количество ветровойэнергии приходится на холодный периодследует отнести к благоприятным условиямрегиона, так как в это время годапотребление энергии значительноповышено.

Заключение

В даннойдиссертационной работе выполнен обширныйобъем исследований ветрового режима иветроэнергетических ресурсов наюго-востоке ЕТР, что позволило датьклиматичес­кое обоснование развития здесьветроэнергетики и получить следую­щие основныерезультаты:

  1. Обобщены принципыи способы современного климатологическогообеспечения ветроэнергетики. Историяразвития ветроэнергетики свидетельствуетоб исторической эволюции требований,предъявляемых к её климатическомуобеспечению: исходным данным и методам ихиспользования для решенияветроэнергетических задач. Наиболее частозадачи оценки энергии ветра решались длянебольших локальных территорий и сиспользованием эвристическихпредположений о распределении скоростейветра и изменения ветрового режима свысотой. Лишь в последние десятилетиядостаточно четко определился круг задачдля решения ветроэнергетических проблем,связанных с оценкой потенциальных иутилизируемых ветроресурсов той или инойВЭУ, в зависимости от уровня расположенияоси ветроколеса и ее технических данных.
  2. Впервые выполненокомплексное исследование по выборуоптимального закона распределенияскоростей ветра с использованиемкритериев Колмогорова и Пирсона. Показано,что распределение Вейбулла обладаетнеоспоримым преимуществом передиспользуемыми в ряде исследованийраспределениями: нормальным,логнормальным, Максвелла и др.
  3. Показано, что приобщей привлекательности распределенияВейбулла, все же ему­ при­сущи недостатки, связанные сизменчивостью его параметров во времени ипространстве (в горизонтальном ивертикальном направлениях), чтоограничивает их использование для другихучастков территории. Для преодоления этихнедостатков в диссертации предложенапроцедура преобразования переменнойинтегральной вероятности (обеспеченности)скоростей ветра. Она состоит в замененатуральных значений скоростей ветра ихотношениями к среднему значению. При такомподходе удается совместить распределенияих режимов не только во времени, но и впространстве. Разработана универсальнаяформула, позволяющая оцениватьвероятность различных скоростей ветра взависимости от среднего значения на уровне10м.
  4. Доказано, что приприменении метода преобразованияпеременной возможно совмещениераспределений скоростей ветра и наразличных высотах. Это позволило научнообосновать возможность экстраполяциипараметров распределения по наземнымнаблюдениям на любую высоту в приземном150-метровом слое атмосферы. При этомпогрешности расчетов статистическиххарактеристик скоростей ветра непревышают значений статистических ошибок,связанных с объемом выборки иокруглением. Это научно обосновываетправомерность применения приземныхпараметров распределения на другие высотыприземного слоя атмосферы.
  5. Установлено, что длявосстановления среднего многолетнегопрофиля скорости ветра с высотой можно суспехом использовать как степенную, так илогарифмическую формулы. Параметршероховатости z0 влогарифмической формуле имеет гораздобольший диапазон изменчивости – от 0 до 200 см.Параметр m встепенной формуле изменяется гораздоменьше – от 0,10до 0,40, поэтому он более удобен дляпроведения обобщения и районированиятерритории. Нами доказано, что между этимипараметрами имеется функциональная связь,но не линейного, а параболическогохарактера. Получены аналитическиевыражения, позволяющие осуществитьоднозначный взаимный переход от одногопараметра к другому, а мало физическиобоснованному параметру mпридать смысл, связанный сшероховатостью подстилающей поверхности.Средняя относительная погрешность расчетапараметров z0 иm пополученным формулам не превышает 3% отзначений, полученных на эмпирическихданных. Установлена связь и полученыматематические выражения, позволяющиеоценить параметры степенной илогарифмической функций высоты позначению средней скорости ветра на уровне10 м.
  6. В диссертацииразработаны теоретические положенияуниверсальной климато-инфор­ма­ционной технологиирешения задач по оценке потенциальных иутилизируемых ветроэнергетическихресурсов и условий эксплуатации ВЭУ,являющиеся базовыми для выявленияэкономической привлекательностииспользования ВЭУ при решенииэнергетических проблем того или иногорегиона, и даже всей энергосистемы России.Приемлемая погрешность пространственноговосстановления ветроэнерге­тичес­ких характеристик,широкий круг возможностей, простотаисполь­зования и другие достоинстваэтой технологии являются убеди­тельным основаниемдля применения ее на стадии предпроектныхразра­боток.
  7. Разработаны и реализованы методырасчета различных характеристик ветра иего ресурсов, возможнойпроизводительности ВЭУ, непрерывнойдлительности периодов ее простоя и других,по содержанию соответствующихветроэнергетическому кадастру ЮВ ЕТР,содержащему обширную информацию почти по200 пунктам на восьми высотных уровнях.Исследование особенностейвертикального распределения скоростиветра для ряда станций рассматриваемойтерритории позволило установить, что свысотой условия для использованияресурсов ветра существенно улучшаются.Средняя скорость на высоте 110 м посравнению с 10 м увеличивается в 1,5-2раза.
  8. Выполнены расчеты элементовветрового кадастра для ЮВ ЕТР на восьмиуровнях: 10, 30, 50, 70, 90, 110, 130 и 150 м над земнойповерхностью и построены картыгеографического распределения среднегогодового полного куба скорости ветра. Иханализ позволил выявить районы с различнымветроэнергетическим потенциалом иустановить такую важную для применения ВЭУособенность как то, что территории как сповышенными, так и пониженнымизначениями полного куба скорости ветра висследуемом регионе пространственносопряжены, т.е. располагаются над одними итеми же территориями на любом израссматриваемых уровней. Втораянемаловажная особенность географическогораспределения показателейветроэнергетического потенциала состоит втом, что наименьшие значения соответствуют пониженнымтерриториям, особенно находящимся в такназываемой ветровой тени возвышенностей,относительно повышенные значения приходятся на возвышенности.Третьей особенностьюпространственного распределенияхарактеристик ветроэнергетическогопотенциала на юго-востоке ЕТР являетсятакая его изменчивость по территории,которая позволяет выбрать площадки дляэффективного размещения ВЭУ в каждойадминистративной области, а тем более всоставе Приволжского и Южного ФедеральныхОкругов.
  9. Установлено наличиенадежной корреляционной связи междузначениями средней годо­вой скорости ветра уповерхности Земли и полного среднегогодового куба скорости ветра на различныхвысотах (удельной мощно­сти ветровогопот

    Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 ||
     





 
© 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.