Проектирование объектов возобновляемой энергетики (заочное отделение) Ветроэнергетика
Высказывания о ветре Ветер давно стал притчей во языцех: • у человека ветер в голове; • держать нос по ветру; • собака брешет – ветер носит; • ищи ветра в поле; • мечта это ветер из будущего; • посеешь ветер, а пожнёшь бурю; • бросать слова (деньги) на ветер; • убивает не холод, убивает ветер; • и многое другое…
Ветер и его влияние на становления человеческой цивилизации Первые ветряные мельницы появились на территории современной Сирии во 2 -м веке д. н. э. На Руси ветряные мельницы появились тоже ещё д. н. э.
Открытие Америки
Ветер как глобальное явление В глобальном масштабе ветровой поток является движением воздушных масс относительно земли, возникающий в атмосфере под действием разности давлений в различных областях.
Баланс прихода солнечного излучения
Глобальная циркуляция воздушных масс
Циркуляция атмосферы
Муссоны и тропические циклоны Кроме глобальных циркуляций атмосферных масс из-за глобального перераспределения энергии в атмосфере возникают две крупномаштабные циркуляции: • муссон; • тропический циклон. Муссон это крупномасштабный перенос атмосферного воздуха вследствие резкой температурной разницы между, например Азиатским континентом и Индийским океаном или Атлантическим океаном и Африкой. Тропический циклон переносит теплые и влажные воздушные массы через экватор, что приводит к сильным погодным изменениям с очень высокой скоростью ветрового потока (до 60 м/с). В юго-восточной Азии встречаются как тайфуны, а в Карибском море как ураганы.
Циклон и антициклон
Локальная циркуляция воздушных масс Разность давления создает не только глобальные и крупномасштабные локальные перемещения воздушных масс в атмосфере. Дифференцирование баланса излучения создает также локальное перемещение воздушных масс. Влияние на ветровой поток в этом случае оказывают местные условия земной поверхности. При перемещении воздушных масс возникает местный ветер, который обладает своеобразной региональной спецификой. Важнейшими местными движениями воздушных масс можно считать: • бриз море-суша; • горно-долинный ветровой поток; • катабический ветровой поток.
Бриз море-суша
Горно-долинный ветровой поток Для горных долин большой протяженности, при соответствующем благоприятном положении Солнца, вдоль всей долины могут, как и в случае бризов развиваться значительные скорости ветрового потока. При наличии же рядом с горной долиной значительных водных пространств горно-долинные воздушные течения могут наслаиваться на циркуляцию "море-суша", что приводит к наличию временных сильных порывов ветрового потока.
Катабический ветровой поток Для возникновения катабических ветровых потоков необходимо наличие солнечного облучения, при котором холодные воздушные массы вытесняются теплыми воздушными массами, что приводит к временным высоким скоростям ветрового потока вытесненного холодного горного воздуха в теплые слои.
Ветровой поток в приземном слое В ветроэнергетике для использования кинетической энергии ветрового потока рассматривают ветровой поток в приземном слое, протекающий вблизи поверхности земли. При перемещении воздушных масс через неоднородную по структуре поверхность земли, скорости течения снижается, и возникает пограничный слой с характерным вертикальным распределением скоростей ветрового потока от нуля до геострофических скоростей. Его толщина составляет в зависимости от структуры поверхности и температурного расслоения воздуха над землей, от 10 до 200 и более метров. Поскольку крайние точки ветроколёс (ВК) современных ВЭУ мегаватного класса мощности находятся на высотах не превышающих 200 м, дальнейшее рассмотрение характеристик ветрового потока будет производиться для пограничного слоя.
Способы измерения значений ветрового потока Можно выделить два принципиально разных способа измерения параметров (скорости, направления и т. п. ) ветрового потока: • качественные измерения; • количественные измерения.
Качественные измерения могут быть представлены, например шкалой Бофорта(Сэр Фрэ нсис Бофорт (англ. Sir Francis Beaufort, FRS, FRO, FRGS, 7 мая 1774, Ирландия — 17 декабря 1857, Суссекс) — английский адмирал, военный гидрограф и картограф. ). Сила ветра в этом случае измеряется в баллах, шкалы Бофорта, по которой весь интервал возможных скоростей ветра делится на 12 градаций. Эта шкала связывает силу ветра с различными эффектами, производимыми ветром разной скорости, такими, как степень волнения на море, качание ветвей деревьев, распространение дыма из труб. Каждая градация скорости ветра имеет определенное название.
Баллы шкалы Скорость ветра, м/с Потенциаль-ная удельная мощность, Вт/м Характеристика силы ветра Наблюдаемые источники энергии 0 0 -0, 04 0 - 0, 04 штиль Дым поднимается вертикально вверх 1 0, 4 -1, 8 0, 04 - 3, 8 тихий На воде появляется рябь, флюгер неподвижен 2 1, 8 -3, 6 3, 8 - 30, 3 легкий Шелестят листья, на воде отчетливое волнение Колеблются листья на деревьях, развеваются легкие флаги 3 3, 6 -5, 8 30, 3 - 126, 8 слабый 4 5, 8 -8, 5 126, 8 - 400 умеренный 5 8, 5 -11 400 - 865 свежий Раскачиваются лиственные деревья, все волны в барашках Колеблются тонкие ветки, поднимается пыль 6 11 -14 865 - 1783, 6 сильный Раскачиваются толстые ветви, гудят телефонные провода 7 14 -17 1783, 6 - 3193 крепкий Все деревья раскачиваются, с гребней волн срывается пена 8 17 -21 3193 - 6020 очень крепкий 21 -25 6020 - 10156* 10 25 -29 10156 - 15853* сильный шторм Деревья вырываются с корнем, значительные разрушения 11 29 -34 15853 - 25550 жесткий шторм Широкомасштабные разрушения 12 >34 >25550** ураган 9 шторм Ломаются ветви деревьев, трудно идти против ветра Срываются дымовые трубы, небольшие разрушения Опустошительные разрушения * - Ветроустановки выводятся из работы ** - Возможны повреждения установок, вплоть до их разрушения.
Количественные измерения параметров ветрового потока Существует несколько методов количественного измерения скорости воздушных потоков, каждый из которых может быть применен в любой из сфер (в том числе и в ветроэнергетика). Все методы можно разделить по физической идее на пять групп: а) Методы, основанные на использовании энергии потока: 1) методы, использующие переменный перепад давлений; 2) методы, использующие измерение крутящего момента; 3) методы, использующие явление обтекания. б) Тепловые методы: 1) методы, использующие измерение температуры нагретого тела, помещаемого в поток (термоанемометры); 2) методы, использующие (теплокалориметры). измерение температуры потока, нагреваемого нагревателем в) Методы, основанные на введении в поток невесомой метки и измерении ее скорости: 1) методы, использующие впрыскивание порции иного состава, цвета, 2) методы, использующие намагничивание; 3) методы, использующие ионизацию. 4) методы, использующие подогрев. 5) акустические (условно). г) Корреляционные методы. д) Оптические методы (в том числе лазерные).
Типичный вид метеоплощадки
На большинстве российских метеоплощадок ветрового потока измеряются на высоте 10 -12 м анемоментрами и флюгерами или анемоморумбометрами. Анемометры – приборы для измерения скорости ветрового потока; Флюгеры – приборы для измерения направления ветрового потока; Анеморумбометры – приборы для одновременного измерения скорости и направления ветрового потокока.
Анемометр – предназначен для измерения средней скорости ветрового потока за некоторый промежуток времени.
Флюгер Прибор предназначен для измерения направления ветрового потока
Анемоморумбометр Анеморумбометр – дистанционный прибор, предназначенный для измерения средней за 10 мин. , мгновенной и максимальной скорости ветрового потока и определения среднего направления.
Ультразвуковые датчики измерения параметров ветрового потока основаны на принципе изменения скорости звука при прохождении воздушной среды. Бывают двухмерными (скорость, направление в горизонтальной плоскости), трёхмерные (те же параметры в трёх направлениях), термоанемометры измеряющие ещё и температуру
Тепловой измеритель скорости ветра. В основе работы такого прибора лежит свойство изменения сопротивления открытой нагретой выше температуры окружающей среды открытой тонкой металлической нити в зависимости от воздействия на неё протекающих воздушных потоков.
Акустический измеритель Основан на том же принципе, что и ультразвуковой, но с использованием акустической волны (слышимой). Имеет преимущество перед всеми вышеперечисленными в том, что способен измерять параметры ветрового потока на всем спектре высот от 10 до ~200 м.
Оптический измеритель Тот же принцип, но с использованием оптической (лазерной) волны.
Преимущества и недостатки технических реализаций измерений
Другие измерители Измеритель Вильда Портативный (любительский) анемометр
Удельная мощность ветрового потока
Плотность воздуха ρ при нормальных условиях составляет 1, 225 кг/м 3. Таким образом удельная мощность ветрового потока, имеющего скорость 15 м/с составляет ≈ 2000 Вт/м 2. Удельная мощность, Вт/м 2 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213141516171819202122232425 Скорость ветра, м/с
Основные параметры ветрового потока Проанализировав вышеприведённую формулу можно сделать вывод, как сильно удельная мощность ветрового потока зависит от значения скорости ветрового потока (третья степень). На практике это означает, что 10%-ая ошибка в оценке скорости ветрового потока на практике повлечёт за собой ~30% ошибку в мощности, а, следовательно, и в выработке энергии.
4. 5 4 3. 5 3 2. 5 2 1. 5 1 0. 5 0 1 42 83 124 165 206 247 288 329 370 411 452 493 534 575 Скорость ветрового потока, м/с Ещё одной особенностью ветрового потока приземного слоя, усложняющей определение достоверного значения скорости, является его прерывистый и случайный характер. Строго говоря, нет никакой возможности точно предсказать какое значение скорости V будет через несколько секунд. Поэтому в ветроэнергетике принято считать, что скорость ветрового потока состоит из двух составляющих — осреднённой и пульсационной. Если в ветроэнергетических расчётах используется скорость ветрового потока V = 2 м/c на практике это означает, что мгновенная скорость ветрового потока в краткосрочный период времени будет колебаться вокруг некоторого значения, близкого к 2 м/c. Время, с
Аналитические зависимости и табулированные распределения В случаях сложного рельефа и подстилающей поверхности на месте предполагаемой установки ВЭУ, а также отсутствия в непосредственной близости метеорологических наблюдений используют, среднестатистические скорости ветрового потока, а так же функциями их распределения f(V). Функции аппроксимируют различными аналитическими зависимостями или табулированными распределениями, получаемыми в результате массовой статистической обработки метеорологических данных региона предполагаемого места возведения.
Точность распределений Распределения Точность приближения, %, в различных диапазонах Диапазон V, м/c 0 -3 4 -7 8 -11 12 -15 16 -20 21 -29 Поморцева 36 27 25 24 38 47 Гулена 58 33 27 29 35 44 Гринцевича 22 16 14 17 22 26 Гриневича 40 35 25 24 31 58 Вейбулла 36 27 22 24 36 45 Рэлея 56 33 35 38 49 67
Распределение Вейбулла •
Распределение Вейбулла для различных γ при β=const 0. 14 Плотность вероятности 0. 12 0. 1 0. 08 γ=1, 5 γ=2 0. 06 γ=3 γ=4 0. 02 0 0 10 20 30 40 Скорость ветрового потока, м/c 50
Вертикальное распределение скорости ветрового потока Современная практика математического моделирования профиля скорости ветрового потока в приземном слое располагает следующими видами интерполяций: • степеннóй; • логарифмической.
Степеннóе распределение •
Термическая стратификация на примере дымовой трубы 1 – Полная устойчивость, стабильный шлейф типа веера, когда рассеяние по горизонтали происходит намного более интенсивно, чем по вертикали; 2 – приподнятая инверсия; над слоем нейтрального состояния шлейф имеет тенденцию прижиматься к земле, создавая устойчивое загрязнение в приземных слоях; 3 – неустойчивая стратификация или ветровая турбулентность (задымленность приземного слоя); 4 – нейтральная (безразличная) стратификация во всем приземном слое (конический шлейф); рассеяние происходит с равной вероятностью как по вертикали, так и по горизонтали; 5 – условия, когда в нижней части приземного слоя выше нейтральная стратификация; рассеяние вверх происходит легче, чем вниз.
Показатель степени α •
Качественная картина шероховатости
Характерные значения шероховатости Характеристика подстилающей поверхности Высота шероховатости z 0, м Лес, город 1… 10 Пригороды 0, 5 Низкорослые лесозаградительные полосы 0, 3 Рощи и кустарники 0, 2 Сельскохозяйственные угодья с плотной застройкой Сельскохозяйственные угодья с редкой застройкой Сельскохозяйственные угодья с очень редкими зданиями, деревьями Взлётная полоса аэродрома, стриженная трава 0, 1 0, 05 0, 03 0, 01 Ровная голая земля 5· 10 -3 Ровная поверхность снега 10 -3 Ровная песчаная поверхность 3· 10 -4 Гладкая водная поверхность 10 -4
Логарифмическое распределение Степенная интерполяция имеет вид:
Реальное вертикальное распределение
Плотность воздуха •
Классификация ветроэнергетических установок (ВЭУ) Оставив в стороне от рассмотрения экзотические конструкции, можно дать следующую укрупнённую классификацию конструкций ВЭУ: • использующие подъёмную силу; • использующие силу сопротивления.
Ветроэнергетические установки, использующие подъёмную силу Y преобладают в мировой ветроэнергетике, т. к. могут развивать окружную скорость конца лопасти (совпадает с направлением действия подъёмной силы Y значительно больше скорость ветрового потока V. К ВЭУ, использующим силу Сопротивление X можно отнести, например парусное судно.
Изменение величины подъёмной силы и силы сопротивления в зависимости от формы (изображены в одинаковом масштабе)
Ветроэнергетические установки можно так же классифицировать по: • ориентации оси вращения ВК; • положению ВК относительно всей конструкции. Различают ВЭУ с горизонтальной и вертикальной осью вращения.
Вертикально осевые ВЭУ (ротор Савониуса, ротор Дарье, ротор Масгроува) обладают рядом достоинств, основным из которых является отсутствие необходимости ориентировать ВК на ветер. Однако минусы данных установок гораздо существеннее: необходим начальный момент страгивания (стартовое внешнее усилие для раскрутки ВК), невозможность использования ветрового потока верхних слоёв (до 100 м), сложный комплекс силовых проблем. Поэтому в мировой ветроэнергетике горизонтальноосевые ВЭУ башенного типа преобладают над вертикальноосевыми в соотношении 99: 1.
Основные аэродинамические характеристики ВЭУ Для дальнейшего понимания работы ВЭУ необходимо рассмотреть два важных параметра, относящихся к конструкции ВК: • коэффициент использования энергии ветрового потока СР; • быстроходность ВК λ.
Коэффициент использования энергии ветрового потока иногда называют критерием Жуковского-Бетца по имени двух учёных, которые теоретически обосновали его предельное (идеальное) значение 0, 593. Коэффициент использования мощности часто ошибочно сравнивают с КПД ВК. Это сравнение является не корректным. Ветроколесо ВЭУ, в отличие от, например рабочего колеса гидротурбины находится, в общем случае, в свободном, не стеснённом потоке, т. е. часть ветрового потока огибает ВК. В гидротурбине поток воды находится в стеснённом состоянии, т. е. вынужден проходить через гидротурбину в полном объёме. Поэтому, говоря о гидротурбине корректно говорить о КПД, а в случае ВК — коэффициенте использования энергии ветрового потока.
Мощность ВЭУ отбираемая у ветрового потока •
Рабочая характеристика ветроэлектрической установки Основной энергетической характеристикой любой ВЭУ является рабочая характеристика. Эта кривая показывает какую электрическую мощность выдаёт ВЭУ во всём диапазоне рабочих скоростей установки от скорости страгивания V 0 до VОСТ остановки ВК. Существует рабочая скорость VРАБ, при которой ВЭУ развивает установленную мощность.
Связь Ср и мощности ВЭУ 2500 50 2000 40 35 1500 30 25 1000 20 15 500 10 5 0 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Скорость ветрового потока, м/с 0 Cp, % Мощность ВЭУ, к. Вт 45
Электрическая мощность ВЭУ •
Быстроходность ветроколеса •
Быстроходность различных ветроколёс СР λ 1 – идеальное ВК; 2, 3 и 4 – двух-, трех- и много-лопастные горизонтальноосевые ВК; 5 – ротор Дарье (вертикальноориентированное ВК, использующее подъёмную силу); 6 – ротор Савониуса (вертикальноориентированное ВК, использующее силу сопротивления); 7 – четырехлопастное деревянное ВК русской мельницы.
Выбор типа ветроколеса Следуя логике максимизации быстроходности двухлопастные ВК имеют наилучшее соотношение λ с СР, а применяются крайне редко. Точнее в промышленной ветроэнергетике вообще не применяются. Причин две: • при слишком высоком λ может возникнуть такие условия, при которых конец лопасти окружная скорость конца лопасти превысит скорость звука в воздухе (~331 м/с) и уйдёт в так называемый флаттерный режим; • двухлопастные ВК подвержены сложным динамическим нагрузкам, возникновение которых связанно с наличием двух ортогональных центров тяжестей (по числу лопастей) ВК.
Лидер современных, высокотехнологичных ветроэлектрических установок – 3 х лопастная ВЭУ
Русские, советские, российские учёные Теорию идеального ветроколеса впервые разработал в 1914 г. В. П. Ветчинкин на основе теории идеального гребного винта. В этой работе он установил понятие коэффициента использования энергии ветра идеальным ветроколесом. В 1920 г. проф. Н. Е. Жуковский изложил теорию «Ветряной мельницы НЕЖ» , где сделал вывод коэффициента использования энергии ветра идеальным ветроколесом. Аналогичные теории были разработаны позднее также в нашей стране проф. Г. Х. Сабининым и акад. Г. Ф. Проскура. Теория идеального ветроколеса проф. Н. Е. Жуковского носит название классической теории. Она устанавливает, что максимальный коэффициент использования энергии ветра идеальным ветроколесом равен 0, 593.
Русские, советские ВЭУ
Русские, советские ВЭУ
Зарубежные ВЭУ
Рабочая характеристика ветроэлектрической установки Основной энергетической характеристикой любой ВЭУ является рабочая характеристика. Эта кривая показывает какую электрическую мощность выдаёт ВЭУ во всём диапазоне рабочих скоростей установки от скорости страгивания V 0 до VОСТ остановки ВК. Существует рабочая скорость VРАБ, при которой ВЭУ развивает установленную мощность.
Выработка ветроэлектрической установки Характеристики ветрового потока места предполагаемого возведения ВЭУ могут быть представлены в виде долгосрочных рядов наблюдений за скоростью и направлением ветрового потока, осреднённых за определённый интервал времени так и описываться с помощью аналитических функций Вейбулла. Если известны параметры аналитической функции то присутствие диапазона скорости V-0, 5…V+0, 5 в часах в годовом разрезе можно вычислить по формуле: а выработку, соответственно по формуле:
Коэффициент использования установленной мощности •
Выработка ветроэлектрической установки 2, 0 МВт для различных параметров Вейбулла γ β, м/с Выработка, млн. к. Вт ч в год КИУМ 2 11, 3 10 0, 57 3 11, 3 12 0, 68 2 8, 5 7 0, 39 3 8, 5 8 0, 45
Классы ветроэлектрических установок по стандартам International Electrotechnical Commission При проектировании ВЭУ учитываются характеристики ветрового потока, на который оказывают влияния местные условия. Различные крупномасштабные условия формирования ветрового потока означают, по крайней мере, различные размеры ВК ВЭУ для одной и той же номинальной мощности. Международная классификация International Electrotechnical Commission (IEC) ВЭУ основывается на анализе скорости ветрового потока и параметрах турбулентности. Эта классификация позволяет унифицировать основные параметры ВЭУ для наиболее распространённых местных условий. Международной нормативной базой для проектирования ветроэлектростанций является IEC 61400 -1, 2… 27) ВЭУ, отечественной компиляцией которой стал стандарт организации (СТО) «Ветроэлектростанции (ВЭС). Условия создания. Нормы и требования, М. 2009 г. » .
Стандартные классы ВЭУ с ометаемой площадью ВК больше 200 м 2 • Vref осреднённая предельная скорость ветрового потока за 10 минутный интервал. • Литеры А, В и С назначаются ВЭУ, спроектированных для мест с, соответственно высокой, средней и низкой турбулентностью • I ref ожидаемая интенсивность турбулентности для осреднённой скорости ветрового потока равной 15 м/с.
Стандартные классы ВЭУ с ометаемой площадью ВК меньше 200 м 2
Класс S назначается ВЭУ разработанной для специальных природно-климатических условий, оговоренных с заказчиком. Так, например ВЭУ классов I, II и III не предназначены, для установки на береговом шельфе (оффшорные ВЭС), где ветровой поток имеет характер близкий к тропическим штормам или ураганам. Такие условия требуют проектирования ВЭУ класса S.
Сравнение классов ветроэлектрических установок Общим для стандартных классов является срок службы ВЭУ. Он составляет не менее 20 лет. К основным различиям между классами серии ВЭУ с одинаковой единичной мощности относится, прежде всего диаметр ВК, который заметно увеличивается от класса I к классу III.
Некоторые основные параметры для серии ВЭУ 2 МВт фирмы Gamesa http: //www. gamesacorp. com
Рабочие характеристики различных классов
Определение класса ветроэлектрической установки
Формальное определение класса Так как Vave и Vref, связаны зависимостью: Vave = 0, 2 Vref , то Vref = 37, 5 м/с При поверхностном, формальном рассмотрении это типичный стандартный класс III.
Однако это не верно!
Вероятность возникновения значения скорости ветрового потока •
Расчёт вероятности, соответствующих каждому из стандартных классов Расчёт вероятности, соответствующих каждому из стандартных классов ВЭУ показывают, что при γ = 1, 9: у I-го класса при β = 11, 3 м/с Vref = 50 м/с p = 5, 7· 10 -8 у II-го класса при β = 9, 6 м/с Vref = 42, 5 м/с p = 3, 5· 10 -8 у III-го класса при β = 8, 5 м/с Vref = 37, 5 м/с p = 4, 5· 10 -8 Разница между вероятностью присутствия характерных для выбора класса скоростей ветрового потока невелика. Таким образом, сделать однозначный выбор класс ВЭУ в данном примере, опираясь на типовые значения нельзя.
Пример выбора класса ветроэлектрической усановки Чтобы лучше понять процедуру выбора класса ВЭУ в заданных условиях проанализируем случай, где γ = 3, 57 и β = 12 м/с на высоте 80 м ступицы ВК ВЭУ 2 МВт. Согласно эмпирической зависимости средняя скорость ветра будет составлять Vave = 10, 8 м/с что соответствует классу I. Фактически это означает, что осреднённая предельная скорость была бы примерно равна Vref = 50 м/с.
Выбор класса ВЭУ по вероятности присутствия предельной скорости
Анализ полученных результатов • случай 1 является стандартными нормативным случаем, когда вероятность возникновения условий, в котором в течении 10 минут будет наблюдаться осреднённая скорость ветрового потока 50 м/с, равна 2, 5· 10 -9. • в случае 2, который является исходным примером, вероятность возникновения осреднённой скорости ветрового потока 50 м/с является исчезающе малой величиной — фактически нулевой, т. е. таких условий в данном примере возникнуть не может.
Вывод Из вышесказанного видно, что необходимо знать какое значение Vref должно быть использовано в качестве определяющего. Очевидно, что при выборе значения Vref необходимо руководствоваться вероятностью присутствия данного значения. Так, по логике, расчётная вероятность присутствия Vref должна быть, как у Vref = 50 м/с для стандартного случая, т. е. иметь вероятность присутствия приблизительно 2, 5· 10 -9. В результате проведения подбора был выбран самый близкий результат, который был показан выше в таблице, как случай 3 — Vref =28, 1 м/с. На практике это означает, что в заданных условиях можно было бы проектировать ВЭУ класса S, который отличал бы её от типовых вариантов прежде всего диаметром ВК.
Сравнительные отличия нестандартных классов Диаметр такой ВЭУ можно было бы сделать бóльшим чем у класса III, а толщину стенок лопасти намного меньшим без риска разрушения конструкции от чрезмерных нагрузок. Другой важный вывод заключается в том, что использование класса I приведёт к недовыработке такой ВЭУ. Это связано с тем, что, как уже отмечалось выше, выход такой установки на рабочую мощность будет осуществляться на скоростях ветрового потока в ~ 10 м/c, а не в ~15 м/с как было бы применении ВЭУ класса I. Ожидаемая выработка, млн. Класс ВЭУ Диаметр ВК, м I 80 ~12 III 90 ~13 S 100 ~14, 5 Вт·ч в год
Полнота исходных данных по ветру В зависимости от полноты исходных данных можно выделить классы задач: Приблизительные расчёты. Отсутствуют подробные исходные данные. Точные расчёты. Есть данные по градациям ветра или известны параметры функции распределения f(V). Фактические расчёты. Есть необработанный ряд наблюдений за параметрами ветрового потока
Приблизительные расчёты •
Точные расчёты В качестве исходных данный в таких расчётах предоставляются параметры распределения (в частном случае параметры Вейбулла) или таблицы вероятностей скоростей ветрового потока по градациям. По данным таких таблиц строятся кривые распределения вероятностей и находятся параметры Вейбулла. После этого производится пересчёт на интересующую высоту и определяется потенциал.
Фактические данные В качестве данных предоставлены ряды данных, т. е. необработанные наблюдения за параметрами ветрового потока за определённый интервал времени.
•
Роза ветров. Понятие румба Роза ветров определяет продолжительность времени в процентном соотношении в течении которого ветровой поток имел определённое направление. Направление ветра характеризуется румбами. Различают 8, и 16 румбовые розы ветров. Роза ветров строиться по многолетним наблюдениям за направлениям ветрового потока в полярной системе координат. .
Классы шероховатости Согласно международной классификации подстилающей поверхности подразделяются на 4 класса, каждому из которых соответствует параметр (высота шероховатости z 0).
Соотношение параметра шероховатости, типа поверхности и класса шероховатости. Классы шероховатости отмечены вертикальными отрезками. Центральные точки — опорные значения, а длина отрезка указывает на типичный интервал погрешности при оценке шероховатости.
Последовательность действий 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) из открытых источников (rp 5. ru) скачать файл архива погоды. Количество записей не должно быть меньше 50 000 измерений, а кратность измерений не ниже 8 -ми (8 -мь раз в сутки, т. е. каждые 3 -и часа); используя файл ряда данных натурных наблюдений за ветром определить среднемноголетнюю скорость ветрового потока, максимальную скорость ветрового потока; используя файл ряда данных натурных наблюдения за ветром с помощью метода моментов определить параметры Вейбулла для всего ряда наблюдений и для каждого румба наблюдений; используя файл ряда данных наблюдения за ветром построить розу ветров; используя полученные в п. 3 параметры Вейбулла определить класс ветровых условий места проведения натурных наблюдений за ветром; в открытых источниках (Интернет) выбрать ВЭУ мегаватного класса мощности (1, 5… 2, 5 МВт), соответствующую стандартному классу ветровых условий, определённому в п. 5; пересчитать скорости на высоту ветроколеса выбранной ВЭУ (60… 100 м) используя выбранную по типу местности высоту шероховатости z 0; по рабочей характеристике выбранной ВЭУ определить её ожидаемую выработку и КИУМ.
Скачать презентацию Проектирование объектов возобновляемой энергетики заочное отделение Ветроэнергетика
Proektirovanie_OVE.pptx